MATLAB电磁场与电磁波应用.doc

哈 尔 滨 理 工 大 学课 程 作 业 说 明 书题目：MATLAB仿真与应用(4)电子信息工程学院（系）： 电信学院 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（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2 MATLAB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2016年4月 14 日目 录第1章 静电场21.1 电场强度21.1.1 一个半径为a的均匀带电圆环，求轴线上的电场强度。21.2 高斯定理31.2.1 已知半径为a的球内外的电场强度，求电荷分布。31.3 静电场的旋度与电位41.3.1 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。41.3.2 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。51.4 电介质中的场方程71.4.1 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。71.4.2 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，以及束缚电荷密度。81.5 静电场的边界条件101.5.1 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。101.6 能量密度111.6.1 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。111.7 电场力131.7.1 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。131.7.2 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162.1 恒定电流场162.1.1 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。162.1.2 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.16syms x;16d0=6.4*10-816r=2;L=10;16A=pi*r2;16R=int(1/(A*d0*(1+(x2/L2),x,0,L)162.2 磁感应强度162.2.1 求载流的圆形导线回路在圆心处的磁感应强度。162.3 恒定磁场182.3.1 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。182.4 矢量磁位19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. / (a2*+z. 2). 1.5)Plot (z, E)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*(a2-r2.2)/2*a2;r2=a:1:20;p2=0*r2plot(r1,p1,r2,p2)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;z=-50:1:50;q=(p/(2*e0)*(a2+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;plot(r,p)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=0:0.1:5P0=1;rowp=0*r1;theta=0:0.1:2*pi;rowsp=P0*cos(theta);plot(r1,rowp)hold onplot (theta,rowsp)p=4*pi*a3*P0/31.4.2 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，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)xlabel(arb);ylabel(D);subplot(2,3,2)plot(r1,E1)xlabel(arb);ylabel(E);subplot(2,3,3)plot(r1,P1)xlabel(arb);ylabel(P);subplot(2,3,4)plot(r2,D2)xlabel(br);ylabel(D);subplot(2,3,5)plot(r2,E2)xlabel(br);ylabel(E);subplot(2,3,6)plot(r2,P2)xlabel(br);ylabel(P);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)legend(D1,D2)xlabel(r);ylabel(D)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*U2/log10(b/a)plot(r,E)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=-(U2*A)./(2*x.2)plot(x,F)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*106;e0=8.854*10-12;a=(1:1:10);f=Q2./32*pi2*e0*a.4plot(a,f)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. syms x;d0=6.4*10-8r=2;L=10;A=pi*r2;R=int(1/(A*d0*(1+(x2/L2),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=1:1:10B=u0*I./(2.*a)plot(a,B)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*a2);r2=5:0.01:10;B2=(u0*I)./(2*pi*r2);plot(r1,B1,r2,B2)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*a2);B2=(u0*I)./(2*pi.*r2);plot(r1,B1,r2,B2)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