一、摘要
本次实验从最基本的模型开始,探究了三种不同初始条件下的电场电势分布,分别是
1、坐标轴x=-1时,电势V=1v, x=1时,电势V=-1v, y等于正负一处是隔离墙,z轴假设无限延伸(书上figure5.2)
2、中空的金属四方棱柱型的空间,棱柱上电势保持为0伏特,棱柱中心有一个方形导体(假设它的z轴方向也是无限延伸),导体电势保持为1伏特。(书上figure5.4)
3、中空的金属四方棱柱型的空间,棱柱上电势保持为0伏特,棱柱内部有两个对称摆放的电容盘,它们的电势分别保持为1v和-1v(书上figure5.6)
二、背景介绍
无任何电荷的空间电势满足拉普拉斯方程
按照以前的方法,我们按步骤可以写出
进一步,
代入拉普拉斯方程得到
三、主体部分
我划分的网格统一为31乘以31,物体之间间隔都是10个单位
1、计算第一个电势电场分布的代码:电势电场1
坐标轴x=-1时,电势V=1v, x=1时,电势V=-1v, y等于正负一处是隔离墙,z轴假设无限延伸
本来电场应该是一条条竖直的对称直线,但可以看出图像明显向角落倾斜聚拢,推测可能是代码中边界条件有问题,可我始终没发现(gg),同样方式运行明明可以求出其他两个电势电场图,纠结!
2、计算第二个电势电场分布的代码(即问题5.1):电势电场2
中空的金属四方棱柱型的空间,棱柱上电势保持为0伏特,棱柱中心有一个方形导体(假设它的z轴方向也是无限延伸),导体电势保持为1伏特。
可以看出与实际拟合很好,说明我们所用方法的正确性
3、计算第三个电势电场的代码(即问题5.3): 电势电场3
中空的金属四方棱柱型的空间,棱柱上电势保持为0伏特,棱柱内部有两个对称摆放的电容盘,它们的电势分别保持为1v和-1v
图形还是比较合理的
四、结论
如上述图,我们用的雅各比迭代算法还是比较有用的,能求一些比较好确定初始条件的电场电势图
单还可以用SOR方法更好的迭代,误差会小一些
五、致谢
1、计算物理课本
2、由于能力时间有限,画图借鉴了吴威鹏同学。
3、百度百科