Информатика_1 / Лаба 2 / 2 / 2
.pdfВведение
В данной курсовой работе поставлена задача рассчитать составляющие магнитного поля заземленного кабеля длинной 2L и построить их графики.
Для решения поставленной задачи будут использованы высокоуровневые языки программирования C и MATLAB. В языке C будут проводится расче-
ты составляющих магнитного поля, заданных по формулам (1), (2), (3), и за-
пись полученных данных в текстовый файл, для считывания и обработки этих данных впоследствии в языке MATLAB. Для выполнения задачи по по-
строению графиков составляющих магнитного поля будет использован поль-
зовательский графический интерфейс. Программа будет считывать данные,
полученные в ходе выполнения задачи по вычислению составляющих маг-
нитного поля и построить трехмерные графики этих составляющих.
Лист
|
ИИФиРЭ КР-210400.62-051204685 |
4 |
Изм. Лист № докум. Подпись Дата |
|
|
|
|
1 Теоретическая часть
Магнитное полесиловое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения, магнитная составляющая электромагнитного поля.[3] Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц и/или магнитными моментами электронов в атомах (и магнитными моментами других частиц, хотя в заметно меньшей степени) (постоянные магниты). Кроме это-
го, оно появляется при наличии изменяющегося во времени электрического поля. [3]
Заземлениепреднамеренное электрическое соединение какой-либо точки
сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством. [2]
В электротехнике при помощи заземления добиваются снижения напря-
жения прикосновения до безопасного для человека и животных значения.[2]
Электрический заряд - это физическая скалярная величина, определяю-
щая способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать
участие в электромагнитном взаимодействии. [3]
Магнитный момент, магнитный дипольный момент - основная величина,
характеризующая магнитные свойства вещества (источником магнетизма, со-
гласно классической теории электромагнитных явлений, являются электри-
ческие макро- и микро токи; элементарным источником магнетизма считают
замкнутый ток). Магнитным моментом обладают элементарные частицы,
атомные ядра, электронные оболочки атомов и молекул. [3]
Электромагнитное поле - фундаментальное физическое поле, взаимодей-
ствующее с электрически заряженными телами, а также с телами, имеющими
собственные дипольные и мультипольные электрические и магнитные мо-
менты. [3]
Электрический токнаправленное (упорядоченное) движение заряженных
частиц. [3]
Электрон -стабильная, отрицательно заряженная элементарная частица,
одна из основных структурных единиц вещества. [3]
Атомчастица вещества микроскопических размеров и массы, наимень-
шая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств. [3]
Лист
|
ИИФиРЭ КР-210400.62-051204685 |
5 |
Изм. Лист № докум. Подпись Дата |
|
|
|
|
Элементарная частицасобирательный термин, относящийся к микрообъектам в субъядерном масштабе, которые невозможно расщепить на составные части. [3]
Постоянный магнит — изделие из магнитотвёрдого материала с высокой остаточной магнитной индукцией, сохраняющее состояние намагниченности в течение длительного времени. Постоянные магниты изготавливаются различной формы и применяются в качестве автономных (не потребляющих энергии) источников магнитного поля. [3]
Электрическое поле - один из двух компонентов электромагнитного поля,
представляющий собой векторное поле, существующее вокруг тел или час-
тиц, обладающих электрическим зарядом, а также возникающий при измене-
нии магнитного поля (например, в электромагнитных волнах). [3]
Магнитная индукциявекторная величина, являющаяся силовой характе-
ристикой магнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной
точке пространства. [3]
Векторное поле - это отображение, которое каждой точке рассматривае-
мого пространства ставит в соответствие вектор с началом в этой точке. На-
пример, вектор скорости ветра в данный момент времени изменяется от
точки к точке и может быть описан векторным полем. [3]
Напряжённость магнитного полявекторная физическая величина, равная
разности вектора магнитной индукции и вектора намагниченности . [3]
Электрическое поле - один из двух компонентов электромагнитного поля,
представляющий собой векторное поле, существующее вокруг тел или час-
тиц, обладающих электрическим зарядом, а также возникающий при измене-
нии магнитного поля (например, в электромагнитных волнах). Электрическое
поле непосредственно невидимо, но может быть обнаружено благодаря его
силовому воздействию на заряженные тела. [3]
Однородное поле — это электрическое поле, в котором напряжённость
одинакова по модулю и направлению во всех точках пространства. Прибли-
зительно однородным является поле между двумя разноимённо заряженными
плоскими металлическими пластинами. В однородном электрическом поле
линии напряжённости направлены параллельно друг другу. [3]
Лист
|
ИИФиРЭ КР-210400.62-051204685 |
6 |
Изм. Лист № докум. Подпись Дата |
|
|
|
|
Электромагнитное полефундаментальное физическое поле, взаимодей-
ствующее с электрически заряженными телами, а также с телами, имеющими собственные дипольные и мультипольные электрические и магнитные мо-
менты. Представляет собой совокупность электрического и магнитного по-
лей, которые могут, при определённых условиях, порождать друг друга, а по сути являются одной сущностью, формализуемой через тензор электромаг-
нитного поля. [3]
Электромагнитное излучениераспространяющееся в пространстве воз-
мущение (изменение состояния) электромагнитного поля. [3]
Электромагнитное взаимодействиеодно из четырёх фундаментальных взаимодействий. Электромагнитное взаимодействие существует между час-
тицами, обладающими электрическим зарядом. [3]
Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. [3]
Поле в физикефизический объект, классически описываемый математи-
ческим скалярным, векторным, тензорным, спинорным полем (или некоторой совокупностью таких математических полей), подчиняющимся динамиче-
ским уравнениям (уравнениям движения, называемым в этом случае уравне-
ниями поля или полевыми уравнениямиобычно это дифференциальные уравнения в частных производных). [3]
Лист
|
ИИФиРЭ КР-210400.62-051204685 |
7 |
Изм. Лист № докум. Подпись Дата |
|
|
|
|
2 Расчет магнитных составляющих поля прямолинейного заземленного
кабеля
Текст программы, вычисляющей составляющие магнитного поля по
заданным формулам (1), (2), (3), с использованием динамических массивов и
функции
#include "stdafx.h" #include "math.h" #include "malloc.h" #include "conio.h"
double *pole(double z,double x,double j,double kk)
{
int v,i,L=1;
double p,o,y,t,n,b,k,l,m,o1,l1,u,k1,m1,o2,l2,p1,t1,t2,Hy1; double *r,*Hy,*r1,*r2,*Hx,*Hz,*yk;
yk=(double *)malloc(2 * sizeof(double)); r=(double *)malloc(2 * sizeof(double)); Hy=(double *)malloc(2 * sizeof(double)); r1=(double *)malloc(2 * sizeof(double)); r2=(double *)malloc(2 * sizeof(double)); Hx=(double *)malloc(2 * sizeof(double)); Hz=(double *)malloc(2 * sizeof(double));
v=0;
for (i=0;i<kk;i++)
{
v=i;
yk[i]=v;
yk=(double *)realloc(yk, (i+2)*sizeof(double));
t=((yk[i]*yk[i])+(z*z));
r[i]=sqrt(t);
r=(double *)realloc(r, (i+2)*sizeof(double));
t1=(((L-x)*(L-x))+(yk[i]*yk[i])); r1[i]=sqrt(t1);
r1=(double *)realloc(r1, (i+2)*sizeof(double));
t2=(((L+x)*(L+x))+(yk[i]*yk[i]));
r2[i]=sqrt(t2);
r2=(double *)realloc(r2, (i+2)*sizeof(double));
p=j/4.0*3.14;
o=z/pow(r[i],2.0); l=(L+x)/sqrt(pow((double)(L+x),2.0)+pow(r[i],2.0)); k=(L-x)/sqrt(pow((double)(L-x),2.0)+pow(r1[i],2.0)); m=(L-x)/pow(r1[i],2.0); n=1-(z/sqrt(pow(r1[i],2.0)+pow((double)z,2.0))); u=(L+x)/pow(r2[i],2.0)* (1(z/sqrt(pow(r2[i],2.0)+pow((double)z,2.0)))); Hy[i]=p*(o*(l-k)-(m*(n)+u));
Hy=(double *)realloc(Hy, (i+2)*sizeof(double));
Лист
|
ИИФиРЭ КР-210400.62-051204685 |
8 |
Изм. Лист № докум. Подпись Дата |
|
|
|
|
p1=j/4.0*3.14;
o1=yk[i]/pow(r1[i],2.0); l1=1-(z/(sqrt(pow(r1[i],2.0)+pow((double)z,2.0)))); k1=yk[i]/pow(r1[i],2.0); m1=(1-(z/(sqrt(pow(r2[i],2.0)+pow((double)x,2.0))))); Hx[i]=p*(o1*(l1)-k1*(m1));
Hx=(double *)realloc(Hx, (i+2)*sizeof(double));
p1=(j*yk[i])/4.0*3.14*pow(r[i],2); o2=(L+x)/(sqrt(pow((double)(L+x),2)+pow(r[i],2))); l2=(L-x)/(sqrt(pow((double)(L-x),2)+pow(r[i],2))); Hz[i]=p*(o2+l2);
Hz=(double *)realloc(Hz, (i+2)*sizeof(double));
}
yk[i]=NULL;
r[i]=NULL;
r1[i]=NULL;
r2[i]=NULL;
Hy[i]=NULL;
Hx[i]=NULL;
Hz[i]=NULL;
for (i=0;i<kk;i++)
{
printf("%.4lf;,%.4lf;,%.4lf;\n",Hy[i],Hx[i],Hz[i]);
}
Hz[i]=NULL; return(Hy); return(Hx); return(Hz); free(yk); free(r); free(r1); free(r2); free(Hy); free(Hx); free(Hz);
}
int main()
{
freopen("output.txt","wt",stdout); int i;
double z,x,kk,j; scanf("%lf",&z); scanf("%lf",&x); scanf("%lf",&j); scanf("%lf",&kk); pole(z,x,j,kk);
}
Результат работы программы записывается в файл “output.txt”
Лист
|
ИИФиРЭ КР-210400.62-051204685 |
9 |
Изм. Лист № докум. Подпись Дата |
|
|
|
|
3 Программа строящая графики составляющих (1), (2), (3)
На рисунке 1 представлен результат работы программы, выполняющей построение магнитной составляющей Hy, вычесленной по формуле (1).
Рисунок 1- зависимость магнитной составляющей Hy
На рисунке 2 представлен результат работы программы, выполняющей построение магнитной составляющей Hx, вычесленной по формуле (2).
Рисунок 2- зависимость магнитной составляющей Hx
Лист
|
ИИФиРЭ КР-210400.62-051204685 |
10 |
Изм. Лист № докум. Подпись Дата |
|
|
|
|
На рисунке 3 представлен результат работы программы, выполняющей построение магнитной составляющей Hz, вычесленной по формуле (3).
Рисунок 3- зависимость магнитной составляющей Hz
Текст программы, выполняющей считывание данных магнитной составляющей Hy из файла
function [a ] = plt( z,x ) f=fopen('output.txt','rb');
[p n]=fscanf(f,'%f;,%f;,%f;',[3 inf]) a=p(1,1:end);
end
Текст программы, выполняющей считывание данных магнитной составляющей Hx из файла
function [a ] = plt1( z,x ) f=fopen('output.txt','rb');
[p n]=fscanf(f,'%f;,%f;,%f;',[3 inf]) a=p(2,1:end);
end
Лист
|
ИИФиРЭ КР-210400.62-051204685 |
11 |
Изм. Лист № докум. Подпись Дата |
|
|
|
|
Текст программы, выполняющей считывание данных магнитной составляющей Hz из файла
function [a ] = plt2( z,x ) f=fopen('output.txt','rb');
[p n]=fscanf(f,'%f;,%f;,%f;',[3 inf]) a=p(3,1:end);
end
Лист
|
ИИФиРЭ КР-210400.62-051204685 |
12 |
Изм. Лист № докум. Подпись Дата |
|
|
|
|
Заключение
В ходе работы над курсовым проектом были закреплены практические навыки работы в средах программирования высокоуровневых языков СИ и matlab .
В процессе работы были получены и закреплены следующие навыки:
-работа с динамическими массивами; -работа с циклами; -обработка массивов; -работа с файлами;
-решение нелинейных уравнений; -графическая обработка данных;
Лист
|
ИИФиРЭ КР-210400.62-051204685 |
13 |
Изм. Лист № докум. Подпись Дата |
|
|
|
|