Файл: Содержание введение 3 глава основы теории и вопросы моделирования.docx

СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕ 3ГЛАВА 1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ И ВОПРОСЫ МОДЕЛИРОВАНИЯЭЛЕКТРИЧЕСКОГОПОЛЯ

1. 
   1.1. Электрическое поле 6
   
2. 
   1.2. Напряженность электрического поля 11
   
3. 
   1.3. Диполь 13
   
4. 
   1.4. Моделирование электрического поля 16
   
5. 
   1.5. Потенциал 18
   

ГЛАВА 2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ И ВОПРОСЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ МАГНИТНОГОПОЛЯ 2.1. Магнетизм 21

1. 
   2.2. Принцип суперпозиции электрического поля 22
   
2. 
   2.3. Cиловые линии магнитного поля 23
   
3. 
   2.4. Магнитная проницаемость 26
   
4. 
   2.5. Моделирование магнитного поля 26
   

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫМОДЕЛИРОВАНИЯ 28ЗАКЛЮЧЕНИЕ 32СПИСОКЛИТЕРАТУРЫ 33ПРИЛОЖЕНИЕ 34

ВВЕДЕНИЕ

Электрическое поле – это одна из двух составляющих электрической энергии. И как оказалось, научно-технический прогресс невозможен без электрификации всех отраслей народного хозяйства. Потребности народного хозяйства вэлектрической энергии непрерывно растут, что приводит к увеличению ее производства.Электрическоеполеможнорассматриватькакматематическуюмодель,описывающую значение величины напряженности электрического поля в дан-нойточке пространства. Дуглас Джанколиписал так:"Следует подчеркнуть,что поле не является некой разновидностью вещества; правильнее сказать, эточрезвычайно полезная концепция… Вопрос о «реальности» и существованииэлектрического поля на самом деле — это философский, скорее даже метафизический вопрос. В физике представление о поле оказалось чрезвычайно полезным—это одноизвеличайшихдостижений человеческогоразума".Электронные приборы составляют основу важнейших средств современной связи, автоматики, измерительной техники. Они помогают проникнуть втайны микромира и космоса, измерить электрические потенциалы живой клеткииатомарныешероховатостиобрабатываемойповерхности.Этиприборыпреобразуют солнечное излучение в электрическую энергию, питающую спутники.

---

На основе электроники реален переход к полностью автоматизированномупроизводству. Уже сейчас широко применяются станки с числовым программнымуправлениемипромышленныероботы.Перевод цифровой вычислительной техники на электронную, а затем имикроэлектронную базу открыл перспективы дальнейшей автоматизации процессов управления вплоть до создания автоматов, наделенных элементами интеллекта.Особо следует отметить существенное удобство применения электрическойэнергииприавтоматизациипроизводственныхпроцессов,благодаряточности и чувствительности электрических методов контроля и управления. Использование электрической энергии позволило повысить производительностьтрудавовсехобластяхдеятельностичеловека,автоматизироватьпочтивсетехнологические процессы в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве и быту, а также создать комфорт в производственных и жилых помещениях. Кроме того, электрическую энергию широко используют в технологических установках для нагрева изделий, плавления металлов, сварки, электролиза, получения плазмы, новых материалов с помощью электрохимии, очисткиматериалови газови т.д.Внастоящеевремяэлектрическаяэнергияявляетсяпрактическиединственным видом энергии для искусственного освещения. Можно сказать, чтобез электрической энергии невозможна нормальная жизнь современного общества.Из опыта Эрстеда мы знаем, что магнитное поле порождается электрическимтоком.Поскольку электрический ток – это направленное движение заряженныхчастиц, то можно сказать, что магнитное поле создается движущимися заряженными частицами. Согласно гипотезе Ампера в атомах и молекулах вещества в результате движения электронов возникают кольцевые токи. В магнитахэти элементарные кольцевые токи ориентированы одинаково. Поэтому магнитныеполя,образующиесявокругкаждоготакоготока,имеютодинаковыенаправления. Эти поля усиливают друг друга,

---

создавая поле внутри и вокруг магнита.

Для наглядного представления магнитного поля пользуются магнитными линиями (их называют также линиями магнитного поля). Напомним, что магнитные линии – это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле. Магнитную линию можно провести через любую точку пространства, в котором существует магнитное поле. Магнитная линия (как прямолинейная, так и криволинейная)

проводится так, чтобы в любой точке этой линии касательная к ней совпадала с осью магнитной стрелки, помещенной в эту точку.

Магнитные линии являются замкнутыми. Например, картина магнитных линий прямого проводника с током представляет собой концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной проводнику.

За направление магнитной линии в какой-либо ее точке условно принимают направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки, помещенной в эту точку.

В тех областях пространства, где магнитное поле более сильное, магнитные линии изображают ближе друг к другу, т. е. гуще, чем в тех местах, где поле слабее.

Целью работы является построение алгоритма и моделирование на его основе электрического и магнитного поля системы точечных зарядов, и токов.

Сформулированная цель определяет необходимость решения следующих

---

задач:

• 
  анализ физической ситуации, выбор физической модели и соответствующих формул электростатики и магнетизма;
  
• 
  разработка алгоритма и программы моделирования;
  
• 
  моделирование для заданной системы электрических зарядов конфигурации силовых линий(линий напряженности) электрического поля;
  
• 
  моделирование для заданной системы электрических зарядов конфигурации эквипотенциальных линий.
  
• 
  моделирование магнитного поля для токов, на примере соленоида.
  

ГЛАВА 1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ И ВОПРОСЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

1. 1.1. Электрическое поле

Многие элементарные частицы (называемые носителями электрическогозаряда) создают вокруг себя особый род материи – электромагнитное поле, которое является переносчиком силовых взаимодействий между этими частица-ми. Благодаря взаимодействию с носителями заряда, электромагнитное полетакже является носителем информации в современных информационных системах (связи, радио- и телевещания и т.д.). Согласно фундаментальному принципу физики - принципу близкодействия - взаимодействие между частицами-носителями заряда переносится электромагнитным полем в пространстве с конечной, вполне определенной скоростью. Эта скорость называется скоростьюсвета. Свет – это чувственно обнаружимая (действующая на зрение человека)разновидностьэлектромагнитного поля.Величина электрического заряда (иначе, просто электрический заряд) –численная характеристика носителей заряда и заряженных тел, которая, можетпринимать положительные и отрицательные значения. Эта величина определяется таким образом, что силовое взаимодействие, переносимое полем междузарядами, прямо пропорционально величине зарядов взаимодействующих между собой частиц или тел, а направления сил, действующих на них со стороны

---

электромагнитного поля, зависят от знака зарядов.

Электрический заряд любой элементарной частицы присущ этой частице в течение всего времени ее жизни, поэтому элементарные заряженные частиц зачастую отождествляют с их электрическими зарядами). Электрические заряды взаимодействуют посредством электрического поля. Иначе говоря, электрическое поле – это среда, передающая электрическое взаимодействие. Электрическое поле и его заряд образуют единое целое. Существует элементарный положительный и элементарный отрицательный заряды (|е+|=|е–|= 1, 6.10–19 Кл) [1].

Такими зарядами обладают элементарные заряженные частицы: электрон, позитрон и протон.

В системе СИ электрический заряд измеряется в кулонах (Кл). Электрический заряд любого заряженного тела кратен модулю заряда электрона, так называемому, элементарному заряду Кл. В целом, в природе отрицательных за- рядов столько же, сколько положительных. Электрические заряды атомов и молекул равны нулю, а заряды положительных и отрицательных ионов в каждой ячейке кристаллических решеток твердых тел скомпенсированы. Поэтому возникновение зарядовых систем обусловлено не рождением электрических зарядов, а их разделением, возникающим, например, при трении.

Если все заряды, создающие электромагнитное поле, в данной системе отсчета неподвижны, то (в этой системе отсчета) поле называется электростатическим.

Электростатическое поле – физическая идеализация, т.к. это понятие предполагает, что после образования зарядовой системы передача взаимодействия между зарядами закончилось. Заряды заняли равновесные положения, при которых силы, действующие на каждый заряд со стороны электростатического поля всех других зарядов, не меняются во времени (например, скомпенсированы другими силами).

Точечным зарядом называется заряженное тело или частица

---