49176

Расчёт структуры осесимметричных стационарных электромагнитных полей

Курсовая

Физика

Решение проводится в цилиндрических координатах связанных с центром цилиндра r радиусвектор точки наблюдения ось z направлена вдоль приложенного электрического поля рисунок 1. Если совместить ось z цилиндрической системы координат с осью цилиндра перпендикулярной E0 то потенциал поля не будет зависеть от координаты z и уравнение Лапласа запишется в виде ∆φ= 1.11 Величину служащую для описания...

Русский

2013-12-22

291.5 KB

10 чел.

Расчёт структуры осесимметричных стационарных

электромагнитных полей

Общее задание

Осесимметричное тело радиуса R  находится в однородном внешнем электрическом поле E0 ,перпендикулярном к его оси. Заданы характеристики окружающей среды. Получить аналитические выражения для потенциалов φi  и φe и полей Ei  и Ee соответственно внутри и вне тела. Для заданных численных значений параметров задачи построить семействоэквипотенциальных линий в плоскости, перпендикулярной оси симметрии тела.

Параметры задачи

Бесконечный диэлектрический цилиндр в вакууме: R=10 см; E0=150кВ/м;

εi =6; εe=1.Координаты точки М: r =11см; θ=60˚ .

Решение

Решение проводится в цилиндрических координатах, связанных с центром цилиндра, r- радиус-вектор точки наблюдения, ось z  направлена вдоль приложенного электрического поля (рисунок 1.1).

                                       Рисунок 1.1

Если в равномерное поле помещён диэлектрический цилиндр, то как внутри цилиндра так и вне его нет свободных зарядов и поэтому поле описывается уравнением Лапласа 2φ=0. Если совместить ось z цилиндрической системы координат с осью цилиндра (перпендикулярной E0), то потенциал поля не будет зависеть от координаты z и уравнение Лапласа запишется в виде

∆φ=                                                                   (1.1)

Найдём его решение методом разделения переменных:

          φ=F(r)P(α)                                                                                    (1.2)

После подстановки в (1.1) получаем:

        (1.3)

Умножим (1.3) на :

         (1.4)

Можем записать:

;                        (1.4а)

;                                                                         (1.4б)

k-постоянная деления.

решим сначала первую пару дифиренциальных уравнений:

   

   

Интеграл первого из них:

F=A1lnr+A2           (1.5)

Интеграл второго урванения:

3 , отсюда P=A3+A4

изменяется от 0 до 2.Получается что в одной точке будет два значения потенциала, положим, что А3=0. Таким образом имеем Р=А4.Следовательно, частное решение для φ, вытекающее из (1.4а), следующее:

φ1=c1lnr+c2 (c1=A1A4;c2=A2A4)

Найдём решение уравнений (1.4а), (1.4б). Первое уравнение имеет вид

, .  (1.6)

Применим подстановку Эйлера: F=A5r

5;  

Подставим полученное в (1.6)

А5nr+rn(n-1)rA5=A5rrk A5nr+n(n-1)rA5=A5rk

A5r(n+n(n-1)-k)=0 n+ n- n- k= 0n=k

      n=     (1.7)

Значение определим при интегрирование второго уравнения (1.4б)

         (1.8)

Решение будем искать в виде P=Bcos

Подставим в уравнение(1.8)

-Bcos=-kBcosαk=1         (1.9)

Подставив(1.9) в (1.7), получаем

n1=1  n2= -1

Таким образом F=A5r+A6, а φ2=FP=(c3r+)cosα     (1.10)

Полное решение :

φ=φ12=()cosα + c1lnr+c2        (1.11)

Величину служащую для описания поля внутри цилиндра обозначим индексом i, снаружи е.Таким образом для внутренней области

  φi=()cosα + c1ilnr+c2i      (1.12)

для внешней области

  φe=()cosα + c1elnr + c2e      (1.13)

Надо найти 8 постоянны интегрирования. Потенциалы на бесконечности в этом случае φ = φ - E0rcosα. Сопоставляя последние выражение с (1.13) получим

с= φ0; c3e= -E0 .

Т.к собственное поле цилиндра отсутствует, с=0. Следовательно

φе0+()cosα;

Рассмотрим выражение потенциала φi.Оно должно быть конечным для всех точек  внутри, это возможно, если с1i=0 и с4i=0.Постоянная, с точностью до которой определяется потенциал в рассматриваемом поле равна аналогичной постоянной с=02i для внешней области. Таким образом для внутренней области

I=0+c3ircos

Оставшиеся неизвестные находятся из граничных условий. Первое граничное условие Ei1=Ei2 равносильно i(a)=e(a). Из этого условия следует:

c3ia=

Из равенства нормальных составляющих вектора  на границе раздела следует, что

Решаем совместно

Символ а соответствует радиусу R.

Окончательные выражения для потенциалов внутри цилиндра:

      (1.14)

вне цилиндра:

        (1.15)

Напряжённость поля внутри цилиндра:

     (1.1)

вне цилиндра:

  (1.17)

Уравнение  эквипотенциальных линий плоскости (хоz) заданное в сферических координатах(1.18) где - фиксированное значение потенциала, выбранное для построения эквипотенциали с индексами n=1,2,3…. Уравнение эквипотенциальных линий внутри и вне цилиндра следуют из формул (1.14), (1.15), (1.18):

Результаты построения эквипотенциальных линий для n=10 приведены на рисунке 1.2().

Вектор электрической индукции внутри цилиндра определяется выражением

 

D=


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

СУМСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КУРСОВАЯ РОБОТА

«Расчёт структуры электромагнитных полей»

по курсу «Теория поля»

Выполнил студент группы ФТ-13                           Красуля О.А.

Проверил                                                                    Воробьёв Г.С.

СУМЫ 2003


СОДЕРЖАНИЕ

  1.  Реферат
  2.  Содержание
  3.  Перечень условных обозначений, символов, единиц, сокращений и терминов.
  4.  Введение.
  5.  Суть отчёта.
  6.  Выводы.
  7.  Приложение А
  8.  Приложение Б


Условные обозначения

и размерность величин

Вид поля,

Волны

Наименование

Обозначение

Единица

Электрическое

Напряженность

электрического

поля

Электрический

потенциал

Электрическая

постоянная

Е0

кВ

В

8,85410Ф/м

Электро- магнитная

волна

Длина волны

Критическая

длина волны

волновода

Длина волны в

волноводе

Волновое

Сопротивление

Коэффициент

Распространения

м

м

м

Ом

м


                                                        Введение

   Электромагнитное поле — это вид материи, связанный с изменением и  непре-рывным  взаимным  превращением  магнитного и электрического полей и  харак-теризующийся способностью распространяться в вакууме со скоростью, близкой к м/сек, способностью силового воздействия на заряженные  частицы, токи и на определенным образом ориентированную поверхность  вещества. Силовое воздействие поля на электрические эаряды  и токи положено в основу  опредиления основных векторных величин, которыми характеризуется поле ,- напряжённости электрического поля E и индукции магнитного поля В. Теория электромагнитного поля представляет собой учение об электрических и  магнитных явлениях, о

теоретических положениях и законах, которым подчиняются эти явления, и о вытекающих из них методах расчета.

   Изучение видов полей (электростатическое поле, электрическое поле постоянного тока в проводящей среде, магнитное поле постоянного тока, переменное электромагнитное поле) расширяет физические представления о поле, известные  из курса физики, способствует более глубокому пониманию процессов, происходя-

щих в электротехнических установках, а также важно с прикладной точки зрения, поскольку оно дает возможность решать многие задачи, имеющие существенное  значение не только для теории электрических цепей, но и для решения задач, которые выходят за рамки данного курса и имеют самостоятельное значение.

Электрические , магнитные или электромагнитные поля являются неотъемлемой компонентой всех устройств электроники, определяющей  в значительной степени принцип их работы и физику протекающих процессо


 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

55833. Квітучий сад. Конспект заняття з малювання для старших дошкільнят 34 KB
  Так узимку дерева кущі й квіти спали і снилися їм сни як і вам уночі. Як ви гадаєте що снилося деревам Про що вони мріяли Діти фантазують: деревам снилися тепла весна спів птахів вітерець який бавиться листячком веселий дощик. Так дерева мріяли про весну. Це було ось так: Спали дерева у мареві синім Вітер гойдав їхні віти Снились деревам у сні тім чарівнім Листя зелене та квіти.
55834. Сады мира - Gardens of the world 1000.5 KB
  Цель: познакомить школьников с произведениями ландшафтного искусства садоводов Великобритании; развивать самообразовательную, коммуникативную, творческую компетентности...
55836. Let’s meet with the sportsmen of wild nature on Safari 81 KB
  A Magic Wand (a pen) will help you to write an e-mail to your favourite Ukrainian sportsman or a sportswoman about sportsmen of wild nature and about sport activities. Use the information from your word bubbles.
55839. Ілюстрування казки А. С. Пушкіна "Сказка о царе Салтане, о сыне его славном и могучем богатыре князе Гвидоне и о прекрасной царевне Лебедь" 5.18 MB
  Мета уроку: передача сюжетно-смислових звязків в композиції просторових явища глибина простору плановість розташування обєктів перспективні зміни ландшафту та розташованих на ній обєктів; передача характерних особливостей форм і пропорцій людей.
55840. Самостоятельная подготовка студентов к проведению урока по легкой атлетике. Учебно-методическая разработка 190 KB
  Задачей подготовительной части урока является подготовка организма занимающихся к предстоящей нагрузке основной части обучение видам легкой атлетики развитие физических качеств и формирование специальных двигательных качеств...