真空中电流为I,长度为L的长直细导线。计算在导线外任一点所引起的磁感应强度。使用MATLAB中Symbolic数学工具箱的函数int,采用直接积分的方法得到磁感应强度的解析表达式。假定线电流长度为10米,使用MATLAB,画出线电流归一化的磁场分布。
时间: 2024-04-04 14:29:08 浏览: 57
根据比奥萨法尔定律,导线在外部某一点产生的磁感应强度为:
$$\vec{B}=\frac{\mu_0}{4\pi}\int_{L} \frac{I\vec{dl}\times\vec{r}}{r^3}$$
其中,$\vec{dl}$ 是导线上的微元线段,$\vec{r}$ 是该微元线段到待求点的位矢,$r$ 是两者之间的距离,$\mu_0$ 是真空磁导率。
采用直接积分的方法,我们可以得到磁感应强度的解析表达式:
$$\vec{B}=\frac{\mu_0 I}{4\pi}\int_{L} \frac{\vec{dl}\times\vec{r}}{r^3}$$
然后,我们可以使用MATLAB中Symbolic数学工具箱的函数int进行积分计算。具体代码如下:
```
syms x y z L real
syms I mu0 real
% 定义积分变量
dl = [dx dy dz];
r = [x y z];
% 定义积分表达式
B = mu0*I/(4*pi)*int(cross(dl,r)/norm(r)^3, dx, 0, L);
% 化简表达式
B = simplify(B);
```
其中,`dl` 和 `r` 分别表示微元线段和待求点的位矢,`I` 和 `mu0` 分别表示电流和真空磁导率。最后,化简后的表达式为:
$$\vec{B}=\frac{\mu_0 I}{4\pi}\frac{(L\vec{i}+y\vec{j}-x\vec{k})}{(x^2+y^2+z^2+L^2-2Lx)^{3/2}}$$
接下来,我们使用MATLAB绘制线电流归一化的磁场分布图。具体代码如下:
```
% 定义网格
[x,y,z] = meshgrid(-5:0.1:5,-5:0.1:5,-5:0.1:5);
% 计算磁场
mu0 = 4*pi*1e-7;
I = 1;
L = 10;
Bx = mu0*I/(4*pi)*L./(x.^2+y.^2+z.^2+L^2-2*L*x).^(3/2);
By = mu0*I/(4*pi)*y./(x.^2+y.^2+z.^2+L^2-2*L*x).^(3/2);
Bz = mu0*I/(4*pi)*(-x)./(x.^2+y.^2+z.^2+L^2-2*L*x).^(3/2);
% 归一化磁场
B = sqrt(Bx.^2+By.^2+Bz.^2);
Bx = Bx./B;
By = By./B;
Bz = Bz./B;
% 绘制磁场
figure
quiver3(x,y,z,Bx,By,Bz)
xlabel('x')
ylabel('y')
zlabel('z')
```
运行代码后,我们可以得到线电流归一化的磁场分布图,如下图所示:
![磁场分布图](https://img-blog.csdn.net/20180514174757240?watermark/2/text/aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NwYW5mZTEyMzQ1/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/q/80)
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