Материал: Презентации лекций какого-то года
Приближенные методы расчета и построения картины плоскопараллельного поля.
Метод сеток.
Рассмотрим его применение на примере определения скалярного магнитного потенциала плоскопараллельного магнитного поля постоянных токов. Так как поле, описываемое скалярным магнитным потенциалом, существует только вне областей с токами, то во всех точках скалярный магнитный потенциал удовлетворяет уравнению Лапласа:
divgrad U m |
U m |
|
2U m |
|
2U m |
0 |
2 |
2 |
|||||
|
|
|
x |
y |
||
Разобьем исследуемую область с помощью линий, параллельных осям координат, на одинаковые ячейки, ширинойx и высотой y
y
y
b
o
a c
x
d
x
Переходя к конечным приращениям, можем записать приближенное равенство:
2U m 2U m 0 |
|
x 2 |
y 2 |
Рассмотрев произвольный узел сетки (o) и четыре примыкающие к нему узла (a,b,c,d), можем записать через приращения потенциалов и координат выражения для первых производных, а затем и вторую производную по оси абсцисс:
|
|
U m( oa) |
|
|
U mo |
U ma |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U m( co) |
|
|
|
U mc U mo |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
x |
|||||||
|
|
|
x |
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
U m( co) |
|
U m( oa) |
|
|
|
|
U mc |
U mo U mo U ma |
|
U mc U ma 2U mo |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
U m |
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
x 2 |
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
x 2 |
|
|
|
|
x 2 |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2U m |
|
|
U mb U md 2U mo |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y 2 |
|
|
|
|
|
|
U ma U mb U mc U md |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y 2 |
|
|
|
|
|
||||||||||
U |
|
U |
|
|
U |
|
U |
|
|
4U |
|
|
0 |
U mo |
||||||||||||||||||||||||
ma |
mb |
mc |
md |
|
mo |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|||||||||
Полученное соотношение означает, что для квадратной сетки магнитный потенциал любого узла сетки может быть приближенно принят равным среднему арифметическому магнитных потенциалов соседних с ним узлов сетки.
Записав аналогичные уравнения для всех узлов сетки, и используя значения потенциала на границах области, можно вычислить потенциалы всех узлов, если решить совместно полученную систему уравнений.
Однако вместо совместного решения большого количества уравнений удобнее воспользоваться итерационным методом. Для этого необходимо задаться начальными приближениями потенциалов во всех узлах сетки, а затем, проверяя соотношения для потенциалов поочередно во всех узлах, уточнить потенциалы всех узловых точек. Полученные в результате первой итерации значения потенциалов узлов вновь проверяются и уточняются с помощью полученных соотношений. Проводя последовательно несколько итераций, удается получить значения потенциалов в узлах, которые сходятся к величинам, совпадающим с результатами непосредственного решением системы уравнений для узлов сетки.
Итерационный процесс сходится быстрее, если удается правильно задать начальные приближения для потенциалов узлов.
Векторный потенциал магнитного поля
Векторный потенциал - вспомогательная величина, с помощью которой можно анализировать магнитные поля постоянных токов, как
вне проводников с токами, так и внутри этих проводников. |
|
||||
|
|
|
|
|
|
rot H |
J |
div B 0 |
B |
H |
|
Второе уравнение будет выполняться всегда, если представить вектор магнитной индукции, как ротор некоторого вспомогательного вектора
|
|
|
|
|
B |
rot A |
B |
A |
|
|
|
|
|
divrot A 0 |
( A) 0 |
||
A A( x , y ,z) - векторный потенциал магнитного поля.