exercise12:problem 5.1,5.3

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

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