matlab的电流环,基于MATLAB GUI的电流环磁场分布模拟

ELECTRONICS WORLD ·技术交流 基于MATLAB GUI的电流环磁场分布模拟 云南师范大学物理与电子信息学院李小志 〖摘要〗利用MATLAB软件的GUI设计功能建立用户界面，模拟电流环的磁场及磁感线分布，可应用于课堂的辅助教学。 王 静 〖关键词〕电流环；磁场；MATLAB GUI 环电流的磁场分布是电磁学中的一个重要课题。目前，国内外很多学者对电流环的磁场分布作了大量的相关研究。郭志勇，刘得军在文献《一种圆环电流空间磁场数值计算方法》中提到圆环电流是最基本的理论磁体单元。介绍了利用“割圆法”的思想，从毕奥一萨伐尔定律出发，推导了一种简单的圆环电流周围空间任意点磁感应强度数值计算方法。孙爱良在文献閉《环形电流平面内的磁场》中应用矢量方法并将数学中的椭圆积分应用于计算中，给出了环形电流平面内任意一点的磁感应强度计算公式，更全面地讨论了电流环的磁场在电流环平面上的磁场分布。张星辉在文献圄《圆电流磁感线的分布及磁感应强度的函数表达式》一文中从矢量的角度对电流环在空间上任一一点的磁感线进行了严格的计算分析，并利用MATLAB软件将电流环在空间上的磁感线分布图形象的显示出来但绘制的磁感线分布图为二维图像用户无法设置参数设，不便于直观比较不同参数下，电流环的磁场分布情况。 本文利用毕奥一萨伐尔定律讨论圆环电流所产生的磁场分布情况，利用MATLAB软件计算其数值解团，并利用MATLAB软件的GUI功能设计一交互式的用户界面，用户可以设定参数值，实时得到电流环的磁场分布和磁感线分布图像。 1电流环磁场分布分析 0 )，如图1所示，根据毕奥一萨伐尔定律，以表示恒定电流的一电流元，在尸点处产生的磁场： 4丌，2 如图1所示，六分别是p点相对于坐标原点、电流元的位 ：生c。s砂一sin傲)×了 即有： dB一&IRA(zcoseæysine—R)7—xsinØ —XCOSef] 将上式沿着x轴，y轴，z轴三个方向分解，并进行积分，得： “一x sin砀 ，3 f咝一了一王些 (6) (8) 由对称性可知，只要求得№z平面上的磁场，则整个空间的 磁场可知。因此当P点在x一z平面上时有y：0，此时p点的坐标为 (x，0，z)的计算结果具有普遍意义。 将P点的坐标带入以上各式，得： EIR(ZCOS9—R)7 goIR—XS1n dB. 馬一x COS ，3 4 (9) (10) (11) 矢。是电流元相对于坐标原点的位矢。 不一R sin砀+(是电流环的半径) 根据以上三式得： 户：+ @一R sin O)j + (z一R cos 9)k 故：：(c。s砀一sin展) 将(4)式和(5)式代入毕奥一萨伐尔定律，得： · 150 ·牢寻世界 (2) (3) (4) (5) 其中，，：+ +岳一2z人cos。 2 MATLAB积分运算与GUI界面设计 MATLAB软件具有强大的数值计算、仿真和可视化功能。对 于(9)、 (11)式的积分，可利用MATLAB的符号积分 (10)、 工具编程得到结果。在此基础上，利用TLAB的GUI功能编写一参数可调的交互式用户平台。用户任意输入参数，该平台即可得到该参数条件下的环形电流在空间中的磁场分布和磁感线分布图像，计算结果直观、生动。 中凝《：伊1嵫场孬布 图2电流环的磁场分布设计界面 2．1界面设计 GUI界面设计窗口由菜单栏、工具栏、控件工具栏及图形对

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