使用matlab来模拟仿真:半径为a的均匀细圆环,环上带e的电荷,求空间的电势以及电场的分布。要求以等势线表示电势,用箭头或者场线表示电场。
时间: 2023-05-25 15:05:09 浏览: 725
基于Matlab 模拟线电荷电场分布的仿真实验报告
以下是matlab代码实现的步骤:
1. 定义常数:定义电荷e的大小,圆环的半径a,计算空气介电常数ε0和库仑常数k,以及确定画图的区域范围。
```matlab
e = 1; % 电荷大小
a = 1; % 圆环半径
epsilon0 = 8.85e-12; % 空气介电常数
k = 1 / (4 * pi * epsilon0);
xmin = -2; xmax = 2; ymin = -2; ymax = 2;
x = linspace(xmin, xmax, 100);
y = linspace(ymin, ymax, 100);
[X,Y] = meshgrid(x, y);
```
2. 定义电势函数:首先计算出离开圆心距离为r的点的电势,然后通过对圆环上所有电荷电势的叠加得到空间的电势分布。
```matlab
phi = zeros(size(X));
for i = 1:numel(X)
r = sqrt(X(i)^2 + Y(i)^2);
if abs(r - a) > 1e-8
phi(i) = k * e / (r - a);
end
end
phisum = phi;
for theta = linspace(0, 2*pi, 1000)
xs = a * cos(theta);
ys = a * sin(theta);
phisum = phisum + k * e / sqrt((X - xs).^2 + (Y - ys).^2);
end
```
3. 画出等势线:利用matlab的contour函数画出电势等势线的分布。
```matlab
figure;
contour(X,Y,phisum,linspace(-10,10,50));
axis equal;
axis([xmin xmax ymin ymax]);
xlabel('x');
ylabel('y');
title('等势线分布');
```
4. 定义电场函数:通过对电势求导得到电场,然后利用matlab的quiver函数画出电场的箭头分布。
```matlab
[Ex,Ey] = gradient(-phisum);
figure;
quiver(X,Y,Ex,Ey);
axis equal;
axis([xmin xmax ymin ymax]);
xlabel('x');
ylabel('y');
title('电场箭头分布');
```
5. 画出电场线:利用matlab的streamline函数画出电场线的分布。
```matlab
figure;
strm = streamslice(X,Y,Ex,Ey,2);
set(strm,'Color',[0.5,0.5,0.5]);
axis equal;
axis([xmin xmax ymin ymax]);
xlabel('x');
ylabel('y');
title('电场线分布');
```
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