MATLAB电磁场与电磁波应用.docx
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MATLAB电磁场与电磁波应用
哈尔滨理工大学
课程作业说明书
题目:
MATLAB仿真与应用(4)
电子信息工程
电信学院学院(系):
年级专业:
14电子信息工程
学号:
学生姓名:
黄百科
授课教师:
王玉龙
教师职称:
讲师
哈理工大学课程作业说明书
哈理工大学课程作业(论文)任务书
院(系):
电信学院基层教学单位:
电子信息工程
学号
7
学生姓名
黄百科
专业(班级)
电信14-2
设计题目
1、电磁场与电磁波例题2-1、2-3、2-4、2-6、2-7、2-8、2-9、2-14、2-15、2-17;3-1、3-4、3-8、3-9、3-11(举例计算并画出有效的二维图像和三维空间投影)。
2、举例计算:
设计具体的环境,查找有效的数据参数,实现理论公式向数据、图像展示的转变。
3、要求上交完成的任务文件和依照模板完成任务报告(独立完成)。
技术参数
1电磁场与电磁波
2MATLAB仿真及电子信息应用
设计要
求
1、独立完成仿真内容以及任务报告;2、利用MATLAB仿真电磁场的相关理论;
工作量
5个工作日左右每个工作日1到3小时
工作计
划
五个工作日完成
参考资料
1.《MATLAB仿真与应用》2.《电磁场与电磁波》3.《高等数学》
指导教师签字
基层教学单位主任签字
42016年月14日2
哈尔滨理工大学MATLAB课程大论文
第1章静电场......................................................................................................................2
1.1电场强度.....................................................................................................................2
1.1.1一个半径为a的均匀带电圆环,求轴线上的电场强度。
...............................2
1.2高斯定理.....................................................................................................................3
1.2.1已知半径为a的球内外的电场强度,求电荷分布。
......................................3
1.3静电场的旋度与电位.................................................................................................4
1.3.1平面上半径为a圆心在坐标原点的带电圆盘,面密度为ps,求z轴上的电位。
................................................................................................................................4
1.3.2若半径为a的导体球面的电位为Uo,球外无电荷,求空间点位。
.............5
1.4电介质中的场方程.....................................................................................................7
1.4.1一个半径为a的均匀极化介质球,极化强度是Po,求极化电荷分布及介质球的电偶极矩。
............................................................................................................7
1.4.2一个半径为a的导体球,带电量为Q,在导体球外套有外半径为b的同心介质球,壳外是空气。
求空间任意一点的D,E,P,以及束缚电荷密度。
........8
1.5静电场的边界条件...................................................................................................10
1.5.1同心球电容器的内导体半径为a,外导体半径为b,其间填充介质,求电位移矢量和电场强度。
..................................................................................................10
1.6能量密度...................................................................................................................11
1.6.1若一同轴线内导体的半径为a,外导体的半径为b,之间填充介质,求电位长度的电场能量。
......................................................................................................11
1.7电场力.......................................................................................................................13
1.7.1若平板电容器极板面积为A,间距为x,电极之间的电压为U,求极板间的作用力。
......................................................................................................................13
1.7.2空气中有一个半径为a的导体球均匀带电,电荷总量为Q,求导体球面上的电荷单位面积受到的电场力。
..................................................................................14
第2章恒定电流的电场和磁场........................................................................................16
2.1恒定电流场...............................................................................................................16
2.1.1设同轴线的内导体半径为a,外导体的内半径为b,内外导体间填充电导率为d的导电媒质,求同轴线单位长度的漏电导。
..................................................16
2.1.2求一条形状均匀,但电导率非均匀的导线的电阻。
设导线的横截面为A,长度为L,电导率沿长度方向的分布为d.......................................................................16
symsx;.........................................................................................................................16
d0=6.4*10^-8...............................................................................................................16
r=2;L=10;.....................................................................................................................16
A=pi*r^2;.....................................................................................................................16
R=int(1/(A*d0*(1+(x^2/L^2))),x,0,L).........................................................................16
2.2磁感应强度...............................................................................................................16
2.2.1求载流的圆形导线回路在圆心处的磁感应强度。
........................................16
2.3恒定磁场...................................................................................................................18
2.3.1半径为a的无限长直导线,载有电流I,计算导体内外的磁感应强度。
.....18
2.4矢量磁位...................................................................................................................19
1
哈尔滨理工大学MATLAB课程大论文
第1章静电场
1.1电场强度
1.1.1一个半径为a的均匀带电圆环,求轴线上的电场强度。
解答过程:
a=5;p=500;e0=8.854*10^-12;E=((a*p)/(2*e0)).*(z./(a^2*+z.^2).^1.5)Plot(z,E)
2
哈尔滨理工大学MATLAB课程大论文
1.2高斯定理
1.2.1已知半径为a的球内外的电场强度,求电荷分布。
解答过程:
a=10;e0=8.854*10^-12;E=2;r1=[0:
1:
a];p1=e0*E*15*(a^2-r2.^2)/2*a^2;r2=[a:
1:
20];p2=0*r2plot(r1,p1,r2,p2)
3
哈尔滨理工大学MATLAB课程大论文
1.3静电场的旋度与电位
1.3.1平面上半径为a圆心在坐标原点的带电圆盘,面密度为ps,求z轴上的电位。
解答过程:
e0=8.854*10^-12;a=10;p=40;4
哈尔滨理工大学MATLAB课程大论文
z=[-50:
1:
50];q=(p/(2*e0))*(a^2+z.^2).^0.5-abs(z);plot(z,q)
1.3.2若半径为a的导体球面的电位为Uo,球外无电荷,求空间点位。
解答过程:
a=5;U=10;r=[0:
1:
50];p=(a*U)./r;5
哈尔滨理工大学MATLAB课程大论文
plot(r,p)
6
哈尔滨理工大学MATLAB课程大论文
1.4电介质中的场方程
1.4.1一个半径为a的均匀极化介质球,极化强度是Po,求极化电荷分布及介质球的电偶极矩。
解答过程:
r1=[0:
0.1:
5]P0=1;rowp=0*r1;theta=[0:
0.1:
2*pi];rowsp=P0*cos(theta);plot(r1,rowp)onholdplot(theta,rowsp)p=4*pi*a^3*P0/3
7
哈尔滨理工大学MATLAB课程大论文
1.4.2一个半径为a的导体球,带电量为Q,在导体球外套有外半径为b的同心介质球,壳外是空气。
求空间任意一点的D,E,P,以及束缚电荷密度。
解答过程:
a=5;Q=50;b=10;e0=8.854*10^-12;r1=[5:
0.5:
10];D1=Q./(4*pi*r1.^2);E1=D1/e0;P1=D1-e0*E1;r2=[10:
0.5:
15];D2=Q./(4*pi*r1.^2);E2=D2/e0;P2=D2-e0*E2;subplot(2,3,1)plot(r1,D1)););ylabel('D'xlabel('a 8 哈尔滨理工大学MATLAB课程大论文 9 哈尔滨理工大学MATLAB课程大论文 1.5静电场的边界条件 1.5.1同心球电容器的内导体半径为a,外导体半径为b,其间填充介质,求电位移矢量和电场强度。 解答过程: a=5;b=10;e1=8.845*10^-12;e2=6.654*10^-12;q=50;r=[a: 0.5: b];D1=(e1*q)./(2*pi*(e1+e2)*r.^2);D2=(e2*q)./(2*pi*(e1+e2)*r.^2);plot(r,D1,r,D2))'D2'legend('D1',));ylabel('r''D'xlabel( 10 哈尔滨理工大学MATLAB课程大论文 1.6能量密度 1.6.1若一同轴线内导体的半径为a,外导体的半径为b,之间填充介质,求电位长度的电场能量。 解答过程: a=5;b=10;e=8.854*10^-12;U=10;r=[a: 0.5: b];E=U./(r*log10(b/a))W=pi*e*U^2/log10(b/a)plot(r,E) 11 哈尔滨理工大学MATLAB课程大论文 12 哈尔滨理工大学MATLAB课程大论文 1.7电场力 1.7.1若平板电容器极板面积为A,间距为x,电极之间的电压为U,求极板间的作用力。 解答过程: A=50;U=20;e=8.854*10^-12; x=[1: 1: 10]; F=-(U^2*A)./(2*x.^2) plot(x,F) 13 哈尔滨理工大学MATLAB课程大论文 1.7.2空气中有一个半径为a的导体球均匀带电,电荷总量为Q,求导体球面上的电荷单位面积受到的电场力。 解答过程: Q=4*10^6;e0=8.854*10^-12; a=(1: 1: 10); f=Q^2./32*pi^2*e0*a.^4 plot(a,f) 14 哈尔滨理工大学MATLAB课程大论文 15 哈尔滨理工大学MATLAB课程大论文 第2章恒定电流的电场和磁场 2.1恒定电流场 2.1.1设同轴线的内导体半径为a,外导体的内半径为b,内外导体间填充电导率为d的导电媒质,求同轴线单位长度的漏电导。 a=5;b=10;d=6.854*10^-10; G=2*pi*d/log10(b/a) 2.1.2求一条形状均匀,但电导率非均匀的导线的电阻。 设导线的横截面为A,长度为L,电导率沿长度方向的分布为d. symsx; d0=6.4*10^-8 r=2;L=10; A=pi*r^2; R=int(1/(A*d0*(1+(x^2/L^2))),x,0,L) 2.2磁感应强度 2.2.1求载流的圆形导线回路在圆心处的磁感应强度。 解答过程: u0=5,I=4; a=[1: 1: 10] B=u0*I./(2.*a) plot(a,B) 16 哈尔滨理工大学MATLAB课程大论文 17 哈尔滨理工大学MATLAB课程大论文 2.3恒定磁场 2.3.1半径为a的无限长直导线,载有电流I,计算导体内外的磁感应强度。 解答过程: a=5,I=10;u0=6.4*10^-8; r1=[0: 0.01: 5]; B1=(u0*I.*r1)./(2*pi*a^2); r2=[5: 0.01: 10]; B2=(u0*I)./(2*pi*r2); plot(r1,B1,r2,B2) 18 哈尔滨理工大学MATLAB课程大论文 2.4矢量磁位 2.4.1用磁矢位重新计算载流直导线的磁场。 解答过程: u0=8*pi*10^-6;a=5;I=10;r1=0: 0.1: a;r2=a: 0.1: 10;B1=(u0*I.*r1)./(2*pi*a^2);B2=(u0*I)./(2*pi.*r2);plot(r1,B1,r2,B2) 19 哈尔滨理工大学MATLAB课程大论文 总结: 学习了MATLAB这门课程,我了解该软件的基本功能,也知道了该软件在我们生活中的重要地位。 随着社会的不断发展,科技的不断进步,计算机的普及,它也被应用在越来越多的方面。 MATLAB的基本数据单位是矩阵,它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多,MATLAB的最突出的特点就是简洁。 MATLAB的功能是非常强大的,MATLAB不仅有强大的运算功能,它还有强大的绘图功能,我对它的了解也仅仅就是一点点,或许说还没有入门。 虽学习MATLAB的时间虽然很短,但却让我了解到了它的强大和它的功能。 我想就算时间足够,老师也不能把所有的都讲解给我们,因为一个软件的功能需要我们自己不断的去摸索。 老师只是个指路的明灯,最终的学习还是要靠自己。 所以要自己花时间去摸索,不懂的可以请教同学或者老师加深印象。 20 哈理工大学课程作业评审意见表 师评语: 教指导 成绩: : 指导教师 日月年
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- MATLAB 电磁场 电磁波 应用
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