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

28874. Основные тенденции мирового развития в XVIIIв. 23.5 KB
  XVIII век вошел в историю как век просвещенного абсолютизма. Политика абсолютизма в ряде европейских стран выражающаяся в уничтожении сверху и в преобразовании наиболее устаревших феодальных институтов. Однако главным в политике просвещенного абсолютизма стало провозглашение принципа одно право для всех что отразилось в создании равного для всех гражданского права. Проведение политики просвещенного абсолютизма в определенной мере явилось отражением идей Просветителей.
28875. «Смутное время» в России. Эволюция государственности в XVII в. 37.5 KB
  Смутное время в России. На какоето время государство оказалось ничьим и это привело к кризису послужившему началом так называемого Смутного Времени. Многие из богатых людей в это время отпускают на волю свою челядь чтобы не кормить ее и это увеличивает толпы бездомных и голодных. В это время в Польше против царя Бориса выступил молодой человек который назвал себя царевичем Дмитрием сыном Ивана Грозного и заявил о своем намерении идти на Москву добывать себе прародительский престол.
28876. Внешняя политика России XVI–XVII веков. 28 KB
  Внешняя политика России XVIXVII веков. позволили России проводить активную внешнюю политику. предопределило включение в состав России всего Среднего Поволжья с его многонациональным населением. В1556 году русскими войсками была взята Астрахань и к России присоединились нижневолжские земли.
28877. Пётр I Вели́кий 33.5 KB
  Одним из главных достижений Петра стало решение поставленной в XVI веке задачи: расширение территорий России в Прибалтийском регионе после победы в Великой Северной войне что позволило ему принять в 1721 году титул первого императора Российской империи. Военная реформа Петра I и реформы органов управления. Военная реформа была первоочередным преобразовательным делом Петра. Заслугой Петра является создание регулярной российской армии.
28878. Внешняя политика Петра I. Провозглашение России империей 31.5 KB
  Провозглашение России империей. Разрешение этих задач было необходимо для обеспечения внешней безопасности России на юге и на западе. Ее преобладание тяжело сказывалось на государствах близких к Балтийскому морю: на Дании Польше России. У России Ингрию и Карелию.
28879. Эпоха дворцовых переворотов и укрепление позиций дворянства 31.5 KB
  В отечественной истории являлось эпохой дворцовых переворотов напрямую связанных с реформами Петра I. Меньшиков Толстой и другие под прикрытием гвардии добилась провозглашения вдовы Петра Екатерины I 1725 1727 гг. В период царствования малолетнего Петра II 17271730 гг. На трон была провозглашена племянница Петра I вдовствующая герцогиня Курляндская Анна Ивановна 17301740 гг.
28880. Внутренняя политика эпохи «просвещенного абсолютизма» Екатерины II 29 KB
  Созыв Комиссии был обусловлен необходимостью кодификации законов т. В дебатах депутатов Уложенной комиссии находит выражение острая борьба трех основных направлений по проблемам модернизации общественного устройства России: консерваторов умеренных и реформаторов. Третья наиболее последовательная и радикальная группа не имея возможности выступать открыто сформировалась за пределами Уложенной комиссии. под предлогом начавшейся русскотурецкой войны Екатерина прервала заседания Комиссии чтобы больше их не возобновлять.
28881. Внешняя политика России во второй половине XVIII века 27.5 KB
  Внешняя политика России во второй половине XVIII века. была приведена чрезвычайно энергично со стороны России. В ответ на попытки Турции вернуть отошедшие к России территории русские войска в 178З г. к России отошло побережье Черного моря от Южного Буга до Днестра.
28882. Основные тенденции мирового развития в первой половине XIX века 23.5 KB
  Основные тенденции мирового развития в первой половине XIX века: 1 Мир развивался под влиянием промышленной революции; Промышленная революция переход от ручного труда к машинному. Причины пром. Новшества пром. промть автоматич.