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

7 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

659. Товароведная характеристика и экспертиза качества питьевого молока вырабатываемого и реализуемого ГУСП ПЗ Тополя предприятия Московский Тюменского района 410.5 KB
  Состав и потребительские свойства молока. Упаковка, маркировка, хранение и транспортирование питьевого молока. Изучение ассортимента молочных продуктов, вырабатываемых ГУСП ПЗ Тополя. Результаты токсиколого-гигиенических исследований качества молока. Обеспеченность предприятия основными средствами производства и трудовыми ресурсами.
660. Психология развития, возрастная психология 113.5 KB
  Предмет задачи и методы психологий развития. Психология обучения и развития. Психология дошкольного возраста. Методика исследования типологических особенностей личности (К. Юнг). Психология подросткового возраста. Методика исследования агрессивного поведения подростков (А. Бас и А. Даки.).
661. Теория макроэкономического равновесия 125 KB
  Макроэкономическое равновесие: совокупный спрос и совокупное предложение. Идеальная модель. Классическая и кейнсианская модели макроэкономического равновесия. Нисходящая кривая совокупного спроса объясняется другими факторами: (ценовые факторы).
662. Дефицитарность общения у детей и подростков 136.5 KB
  Ранний детский аутизм (клинические проявления). Дефицитарность общения при других видах психической патологии. Еще раз о дефицитарности общения при ранней детской шизофрении. Механизмы социальной и школьной дизадаптации, профилактика и коррекция при дефицитарности общения у детей и подростков.
663. Перинатальная патология нервной системы 123.5 KB
  Перинатальные поражения нервной системы. Гипоксия плода и новорожденного. Внутричерепная родовая травма. Травма спинного мозга. Родовые травматические повреждения плечевого сплетения. Родовой парез диафрагмы. Гемолитическая болезнь новорожденных. Родовые поражения периферических нервов.
664. Анализ функционирования фирмы в конкурентной среде 114 KB
  Анализ конкуренции на рынке. Конкурентные условия на различных рынках никогда не бывают одинаковыми из-за различия процессов развития в социальной, технологической, политической сферах. Определение конкурентного положения фирм. Определение конкурентоспособности фирмы и товара.
665. Разработка дизайна выставочного стенда 123.5 KB
  Проект организации участия фирмы Zippo в выставке. Эксклюзивные нестандартные выставочные стенды. Проектные обоснования организации участия в выставки фирмы Zippo. Анализ эффективности участия в выставке.
666. Статичний розрахунок на робочу стійкість і визначення вантажопідйомності крана 119 KB
  Виліт стріли для різних кутів нахилу. Вертикальна проекція відстані від оголовка рейкового шляху крана до центра ваги стріли. Вітрове навантаження на інші елементи крана. Момент, створюваний вітровим навантаженням. Побудова вантажний характеристики та її аналіз.
667. Мировой товарный рынок 117.5 KB
  Прогнозирование конъюнктуры мирового товарного рынка. Понятие международного рынка, его функции и виды. Конъюнктура мирового товарного рынка. Исследование конъюнктуры мирового товарного рынка.