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
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
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
2016年4月14日
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^-816
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
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）
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*r2
plot（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））*（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;
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:
5]
P0=1;
rowp=0*r1;
theta=[0:
0.1:
2*pi];
rowsp=P0*cos（theta）;
plot（r1,rowp）
holdon
plot（theta,rowsp）
p=4*pi*a^3*P0/3
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）
xlabel（'asubplot（2,3,2）
plot（r1,E1）
xlabel（'asubplot（2,3,3）
plot（r1,P1）
xlabel（'asubplot（2,3,4）
plot（r2,D2）
xlabel（'bsubplot（2,3,5）
plot（r2,E2）
xlabel（'bsubplot（2,3,6）
plot（r2,P2）
xlabel（'b
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*U^2/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=-（U^2*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*10^6;e0=8.854*10^-12;
a=（1:
1:
10）;
f=Q^2./32*pi^2*e0*a.^4
plot（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.
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）
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）
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）
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。
指导教师评语：
成绩：
指导教师：
年月日
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