Магнитостатика · Плоскопараллельная
Поле двух проводников и векторная суперпозиция
Магнитное поле нескольких проводников складывается векторно. Даже когда токи имеют одинаковую величину, их поля могут усиливаться в одной части плоскости и ослабляться в другой. Эта работа учит строить направление каждого вклада, переходить от формулы бесконечного провода к компонентам поля и сопоставлять полученную сумму с конечно-элементным решением. Сравнение проводят по двум компонентам магнитной индукции; силовые линии помогают объяснить их распределение.
Два круглых проводника радиусом 2 мм находятся в воздухе на расстоянии 100 мм между осями. Левый проводник несёт ток +10 А, правый −10 А. Контрольная точка расположена на 50 мм выше левого провода. Для плоской модели глубина принята равной одному метру. Положительный ток направлен согласно принятой в FEMM ориентации оси z; направление проверяется знаком обеих компонент индукции.
Самостоятельная учебная модель FEMM 5: от физических соотношений к полевому решению и проверке результата.
Допущения и устройство учебной модели
Все размеры, свойства материалов и условия возбуждения заданы ниже. Численные результаты относятся к опубликованной версии модели FEMM 5.
Физическая и математическая постановка
От одного провода к сумме
Вне круглого проводника с равномерной плотностью постоянного тока поле совпадает с полем бесконечно тонкой нити на его оси. Поэтому конечный радиус не вносит поправку в выбранной контрольной точке. По правилу правой руки поле перпендикулярно радиус-вектору, проведённому от оси к точке наблюдения. При смене знака тока обе компоненты вклада меняют знак.
Для каждого проводника отдельно вычисляются смещения Δx и Δy. После перехода от миллиметров к метрам компоненты рассчитываются через квадрат расстояния. Полученные значения складываются алгебраически с учётом знаков. Складывать модули индукций допустимо только тогда, когда направления заранее доказанно совпадают. Этот пример позволяет обнаружить ошибку ориентации по одной компоненте, даже если модуль выглядит правдоподобно.
Проверка конечной области
Расчётная воздушная область ограничена окружностью радиусом 1 м. На ней задан нулевой векторный потенциал. Это приближение открытого пространства: поле от пары противоположных токов быстро убывает вдали, однако конечная граница всё равно оставляет небольшую погрешность. При самостоятельном исследовании увеличивайте радиус, сохраняя локальную сетку около проводников и контрольной точки.
Внутренняя окружность выделяет область сгущения, но по обе её стороны назначен один материал «Воздух». Она не является физической поверхностью раздела. Для точечного показания используется сглаженное поле; интегральная энергия берётся непосредственно из решения. Сходимость проверяется по модулю вектора, а аналитическая сверка одновременно использует обе подписанные компоненты.
Исходные данные
Плоскопараллельная
| Параметр | Значение | Единица | Происхождение |
|---|---|---|---|
| Радиус провода | 2 | мм | Заданный параметр самостоятельной учебной модели |
| Межосевое расстояние | 100 | мм | Заданный параметр самостоятельной учебной модели |
| Ток; для AC — амплитуда | 10 | А | Заданный параметр самостоятельной учебной модели |
| Частота | 0 | Гц | Заданный параметр самостоятельной учебной модели |
Порядок воспроизведения
- До запуска запишите уравнение контрольной величины и ожидаемое направление изменения при вариации параметра. Согласуйте миллиметры геометрии с единицами СИ в формулах. Создайте отдельную папку и откройте reproduce.py во встроенном редакторе Python FEMM 5. Команды mi_* и mo_* в этой среде уже доступны глобально.
- Выполните программу целиком. Она создаёт новый calculated-NN, строит каждую модель с русскими именами материалов и цепей, сохраняет файл FEM, закрывает его и повторно открывает перед решением. Поэтому проверка относится к точному записанному варианту модели и охватывает сохранение кириллицы.
- Изучите result.json: records хранит численные результаты всех режимов и трёх сеток, checks — названия проверок, измеренные отклонения, допуски и итог. Откройте модель и решение финальной сетки; сопоставьте материалы, направление токов и характерные размеры с таблицей параметров.
- Составьте отчёт с физическим объяснением, таблицей сходимости и независимым контрольным расчётом. Затем измените один параметр и выполните новую серию. Сохраняйте предыдущую серию для сравнения; успешное завершение решателя само по себе не заменяет проверки физического масштаба и сеточной устойчивости.
Скачайте нужные файлы по отдельным ссылкам ниже в одну рабочую папку, затем откройте reproduce.py во встроенном Python FEMM 5 и выполните его. Сохраните имена файлов и структуру подпапок. Условия конкретного запуска и путь новых результатов указаны в комментариях программы.
Программа встроенного Python FEMM 5
"""Собственная учебная лабораторная FEMM 5: встроенный Python.
Команды FEMM доступны глобально, внешний пакет femm не используется.
Каждая сетка сохраняется в отдельный FEM, закрывается, открывается повторно
и решается с русскими именами свойств. Новый запуск создаёт calculated-NN.
Опубликованные модели и квитанции не изменяются. Размеры: мм; результаты: СИ.
"""
import os
import sys
import math
import json
CONFIG = {'r': 2, 'd': 100, 'I': 10, 'frequencies': [0]}
MODE = 'wires'
saved=globals().get('__file__','') or (sys.argv[0] if sys.argv else '')
base=os.path.dirname(os.path.abspath(saved)) if saved else os.getcwd()
index=1
while os.path.exists(base+'/calculated-%02d'%index):index+=1
directory=base+'/calculated-%02d'%index
os.mkdir(directory)
records=[]
checks=[]
MU0=4*math.pi*1e-7
def real(x):
if isinstance(x,(list,tuple)):x=x[0]
return complex(x).real
def check(name,value,limit):
checks.append({'name':name,'value':value,'limit':limit,'passed':math.isfinite(value) and value<=limit})
def material(name,mu=1,sigma=0):
mi_addmaterial(name,mu,mu,0,0,sigma/1e6)
def label(x,y,name,mesh,group=1,circuit='<None>',turns=1):
mi_addblocklabel(x,y);mi_selectlabel(x,y)
mi_setblockprop(name,0,mesh,circuit,0,group,turns);mi_clearselected()
def polygon(points,boundary=None,spacing=0):
for x,y in points:mi_addnode(x,y)
for i,(x,y) in enumerate(points):
x2,y2=points[(i+1)%len(points)];mi_addsegment(x,y,x2,y2)
if boundary:
mi_selectsegment((x+x2)/2,(y+y2)/2)
mi_setsegmentprop(boundary,spacing,0,0,0);mi_clearselected()
def rect(x1,y1,x2,y2):polygon([(x1,y1),(x2,y1),(x2,y2),(x1,y2)])
def circle(x,y,r,angle,boundary=None):
mi_addnode(x-r,y);mi_addnode(x+r,y)
mi_addarc(x-r,y,x+r,y,180,angle);mi_addarc(x+r,y,x-r,y,180,angle)
if boundary:
mi_selectarcsegment(x,y-r);mi_selectarcsegment(x,y+r)
mi_setarcsegmentprop(angle,boundary,0,0);mi_clearselected()
def halfcircle(r,angle,boundary=None):
mi_addnode(0,-r);mi_addnode(0,r)
mi_addarc(0,-r,0,r,180,angle)
if boundary:
mi_selectarcsegment(r,0);mi_setarcsegmentprop(angle,boundary,0,0);mi_clearselected()
def start(axis,f,outer,level,uniform=0):
newdocument(0)
mi_probdef(f,'millimeters','axi' if axis else 'planar',1e-10,1000,30,0)
material('Воздух')
# Коэффициенты пространственной функции A вводятся на миллиметр геометрии.
mi_addboundprop('Внешняя граница',0,uniform/2000 if axis else 0,0 if axis else uniform/1000,0,0,0,0,0,0)
if axis:
# Ось r=0, z снизу вверх: исходные координаты библиотек не используются.
halfcircle(outer,4/(2**level),'Внешняя граница')
mi_addsegment(0,-outer,0,outer)
else:circle(0,0,outer,4/(2**level),'Внешняя граница')
def close_axis():
# FEMM автоматически разбивает осевой отрезок вершинами внутренних дуг.
pass
def coil(r,z,width,height,current,turns,mesh,num):
name='Обмотка %d'%num
mi_addcircprop(name,current,1)
rect(r-width/2,z-height/2,r+width/2,z+height/2)
label(r,z,'Медь обмотки',mesh,10+num,name,turns)
return name
def solve(level,variant,tag=''):
name='model-%s-%02d%s.fem'%(str(variant).replace('.','p'),level+1,tag)
mi_saveas(directory+'/'+name);mi_close();opendocument(directory+'/'+name)
mi_analyze(1);mi_loadsolution();mo_smooth('off')
mo_groupselectblock();energy=real(mo_blockintegral(2));loss=real(mo_blockintegral(4));mo_clearblock()
return {'model':name,'level':level+1,'variant':variant,'nodes':mo_numnodes(),'elements':mo_numelements(),'energy_J':energy,'ohmic_loss_W':loss,'saved_reopened_solved':True}
def finish():mo_close();mi_close()
def loop_field(r,z,turns,current,position):
r*=0.001;dz=(position-z)*0.001
return MU0*turns*current*r*r/(2*(r*r+dz*dz)**1.5)
def bessel(n,z):
term=(z/2)**n
total=term
for k in range(1,100):
term*=-(z*z/4)/(k*(k+n));total+=term
if abs(term)<1e-15*max(1,abs(total)):break
return total
def skin_resistance(radius,sigma,f):
a=radius*.001
if f==0:return 1/(math.pi*a*a*sigma)
delta=math.sqrt(2/(2*math.pi*f*MU0*sigma));k=(1-1j)/delta
return (k*bessel(0,k*a)/(2*math.pi*a*sigma*bessel(1,k*a))).real
def circuit_values(name):
i,v,psi=mo_getcircuitproperties(name)
return complex(i),complex(v),complex(psi)
def magnetic_b(x,y):
mo_smooth('on')
values=mo_getpointvalues(x,y)
mo_smooth('off')
return values[1],values[2]
def asinh(x):return math.log(x+math.sqrt(x*x+1))
def energy_identity(row,circuits,frequency):
power=0;fluxenergy=0
for name in circuits:
i,v,psi=circuit_values(name)
power+=(v*i.conjugate()).real/2
fluxenergy+=(psi*i.conjugate()).real/(4 if frequency else 2)
row['circuit_active_power_W']=power
row['circuit_energy_J']=fluxenergy
if frequency:
error=abs(power-row['ohmic_loss_W'])/max(abs(power),1e-20)
row['power_balance_relative']=error
check('Баланс активной мощности '+row['model'],error,0.015)
else:
error=abs(fluxenergy-row['energy_J'])/max(abs(fluxenergy),1e-20)
row['energy_identity_relative']=error
check('Энергия и потокосцепление '+row['model'],error,0.012/(2**(row['level']-1)))
if MODE in ('wires','wireL','skin','proximity','busbars'):
variants=CONFIG.get('variants',[0])
for variant in variants:
shapes=('solid','tube') if MODE=='busbars' else ('solid',)
for shape in shapes:
for level in range(3):
f=variant if MODE in ('skin','proximity','busbars') else 0
r=CONFIG.get('r',math.sqrt(20));d=CONFIG.get('d',30)
if MODE=='skin':d=200
outer=5000 if MODE=='wireL' else (1000 if MODE=='wires' else max(300,8*d))
start(False,f,outer,level)
if MODE in ('wires','wireL'):
local=150 if MODE=='wires' else 750
circle(0,0,local,4/(2**level))
label(0,local*.7,'Воздух',(5 if MODE=='wires' else 15)/(2**level),3)
sigma=CONFIG.get('sigma',0);material('Медь проводников',1,sigma)
names=[]
for side in (-1,1):
name='Прямой проводник' if side<0 else 'Обратный проводник'
mi_addcircprop(name,-side*CONFIG['I'],1);names.append(name)
rr=6 if MODE=='busbars' and shape=='tube' else r
circle(side*d/2,0,rr,4/(2**level))
if MODE=='busbars' and shape=='tube':
circle(side*d/2,0,4,4/(2**level));label(side*d/2,0,'Воздух',r/3/(2**level),2)
label(side*d/2+5,0,'Медь проводников',r/4/(2**level),10,name,1)
else:label(side*d/2,0,'Медь проводников',r/4/(2**level),10,name,1)
label(0,outer*.6,'Воздух',outer/16/(2**level),1)
row=solve(level,variant,'-'+shape);row['shape']=shape
energy_identity(row,names,f)
if MODE=='wires':
x,y=-d/2,50;bx,by=magnetic_b(x,y);bx=real(bx);by=real(by)
exactx=0;exacty=0
for side in (-1,1):
xx=x-side*d/2;ii=-side*CONFIG['I'];dist2=(xx*.001)**2+(y*.001)**2
exactx-=MU0*ii*(y*.001)/(2*math.pi*dist2);exacty+=MU0*ii*(xx*.001)/(2*math.pi*dist2)
row.update({'Bx_T':bx,'By_T':by,'analytic_Bx_T':exactx,'analytic_By_T':exacty})
error=math.sqrt((bx-exactx)**2+(by-exacty)**2)/math.sqrt(exactx**2+exacty**2)
check('Векторный закон Био — Савара '+row['model'],error,0.035/(2**level))
row['primary']=math.sqrt(bx*bx+by*by)
elif MODE=='wireL':
inductance=2*row['energy_J']/CONFIG['I']**2
exact=MU0/math.pi*(math.log(d/r)+.25)
row.update({'L_H_per_m':inductance,'analytic_L_H_per_m':exact,'primary':inductance})
check('Аналитическая индуктивность линии '+row['model'],abs(inductance/exact-1),0.03/(2**level))
else:
resistance=2*row['ohmic_loss_W']/CONFIG['I']**2
row.update({'loop_R_ohm_per_m':resistance,'skin_only_loop_R_ohm_per_m':2*skin_resistance(r,sigma,f),'primary':resistance})
if MODE=='skin':check('Внутреннее сопротивление по функциям Бесселя '+row['model'],abs(resistance/(2*skin_resistance(r,sigma,f))-1),0.018)
elif MODE=='proximity':check('Потери не ниже двух изолированных проводов '+row['model'],max(0,2*skin_resistance(r,sigma,f)/resistance-1),0.015)
else:
dc=2/(math.pi*20e-6*sigma)
check('AC-сопротивление не ниже DC '+row['model'],max(0,dc/resistance-1),0.01)
records.append(row);finish()
elif MODE in ('helmholtz','maxwell','brooks','solenoid','mutual'):
for variant in CONFIG['variants']:
excitations=(1,2) if MODE=='mutual' else (1,)
for excitation in excitations:
for level in range(3):
outer=2500 if MODE=='solenoid' else 1500
start(True,0,outer,level);material('Медь обмотки')
rect(0,-400,400,400)
label(300,0,'Воздух',8/(2**level),3)
names=[];specs=[]
if MODE=='helmholtz':
R=CONFIG['R'];sep=variant*R
specs=[(R,-sep/2,2,2,CONFIG['I'],CONFIG['N']),(R,sep/2,2,2,CONFIG['I'],CONFIG['N'])]
elif MODE=='maxwell':
R=CONFIG['R'];rr=R*math.sqrt(4/7);zz=R*math.sqrt(3/7)*variant
specs=[(R,0,2,2,CONFIG['I'],CONFIG['N']),(rr,-zz,2,2,CONFIG['I']*49/64,CONFIG['N']),(rr,zz,2,2,CONFIG['I']*49/64,CONFIG['N'])]
elif MODE=='brooks':specs=[(1.5*variant,0,variant,variant,CONFIG['I'],CONFIG['N'])]
elif MODE=='solenoid':specs=[(32.5,0,5,variant,CONFIG['I'],CONFIG['N'])]
else:
specs=[(50,-variant/2,4,4,1 if excitation==1 else 0,CONFIG['N']),(60,variant/2,4,4,1 if excitation==2 else 0,CONFIG['N'])]
mesh=(variant/20 if MODE=='brooks' else 1)/(2**level)
for num,spec in enumerate(specs,1):names.append(coil(*spec,mesh,num))
label(outer*.5,0,'Воздух',outer/18/(2**level))
row=solve(level,variant,'-e%d'%excitation);row['excitation']=excitation
energy_identity(row,names,0)
br,bz=magnetic_b(0,0);bz=real(bz);row['Bz_center_T']=bz
if MODE in ('helmholtz','maxwell'):
exact=sum(loop_field(r,z,n,i,0) for r,z,w,h,i,n in specs)
row['analytic_Bz_center_T']=exact
check('Знак и модуль осевого поля '+row['model'],abs(bz/exact-1),0.025/(2**level))
profile=[]
for frac in (-.3,-.2,-.1,0,.1,.2,.3):
zz=frac*CONFIG['R'];bb=real(magnetic_b(0,zz)[1]);theory=sum(loop_field(r,z,n,i,zz) for r,z,w,h,i,n in specs)
profile.append([zz,bb,theory]);check('Профиль поля z='+str(zz)+' '+row['model'],abs(bb/theory-1),0.035/(2**level))
row['axis_profile_mm_T']=profile;row['uniformity_20percent']=max(abs(p[1]/bz-1) for p in profile if abs(p[0])<=.2*CONFIG['R']);row['primary']=bz
elif MODE=='brooks':
ll=2*row['energy_J']/CONFIG['I']**2;exact=1.6994e-6*1.5*variant*.001*CONFIG['N']**2
row.update({'L_H':ll,'analytic_Grover_L_H':exact,'primary':ll})
check('Формула Брукса — Гровера '+row['model'],abs(ll/exact-1),0.025)
elif MODE=='solenoid':
aa=variant*.001/2;exact=MU0*CONFIG['N']*CONFIG['I']/(2*.005)*(asinh(.035/aa)-asinh(.030/aa))
ll=2*row['energy_J']/CONFIG['I']**2
row.update({'analytic_center_T':exact,'L_H':ll,'primary':bz})
check('Интеграл Био — Савара для конечной обмотки '+row['model'],abs(bz/exact-1),0.012)
else:
one=circuit_values(names[0]);two=circuit_values(names[1])
ll=(one if excitation==1 else two)[2].real;mm=(two if excitation==1 else one)[2].real
row.update({'L_self_H':ll,'M_H':mm,'primary':mm})
records.append(row);finish()
if MODE=='mutual':
for variant in CONFIG['variants']:
a=[r for r in records if r['variant']==variant and r['level']==3 and r['excitation']==1][0]
b=[r for r in records if r['variant']==variant and r['level']==3 and r['excitation']==2][0]
check('Взаимность M12=M21 при зазоре '+str(variant),abs(a['M_H']/b['M_H']-1),0.003)
check('Положительная определённость матрицы L при зазоре '+str(variant),max(0,a['M_H']**2/(a['L_self_H']*b['L_self_H'])-1),1e-8)
elif MODE in ('cylinder','sphere','acshield'):
for variant in CONFIG['variants']:
for level in range(3):
axis=MODE!='cylinder';a=CONFIG['a'];b=CONFIG['b'];mu=CONFIG.get('mu',variant);f=variant if MODE=='acshield' else 0
sigma=CONFIG.get('sigma',0);outer=b*12
start(axis,f,outer,level,CONFIG['B']);material('Материал экрана',mu,sigma)
if axis:
halfcircle(a,3/(2**level));halfcircle(b,3/(2**level))
label((a+b)/2,0,'Материал экрана',(.5 if MODE=='acshield' else (b-a)/8)/(2**level),5)
else:
circle(0,0,a,3/(2**level));circle(0,0,b,3/(2**level));label((a+b)/2,0,'Материал экрана',(b-a)/6/(2**level),5)
label(a/2,0,'Воздух',a/8/(2**level),2)
label(b*3,0,'Воздух',outer/18/(2**level),1)
row=solve(level,variant);bx,by=magnetic_b(0,0);bb=abs(complex(by if axis else bx))
ratio=bb/CONFIG['B'];row.update({'B_inside_T':bb,'attenuation_ratio':ratio,'primary':ratio})
if MODE=='cylinder':shield=((mu+1)**2-(mu-1)**2*(a/b)**2)/(4*mu)
else:shield=((2*mu+1)*(mu+2)-2*(mu-1)**2*(a/b)**3)/(9*mu)
row['analytic_DC_ratio']=1/shield
if f==0:check('Аналитическое экранирование '+row['model'],abs(ratio*shield-1),0.018)
if f>0:
# Независимое интегрирование J^2/(2σ) по центрам элементов экрана.
total=0
for ei in range(1,mo_numelements()+1):
elem=mo_getelement(ei)
if int(elem[6])!=5:continue
x,y,area=elem[3],elem[4],elem[5]
values=mo_getpointvalues(x,y);jj=(complex(values[7])+complex(values[8]))*1e6
volume=area*1e-6*(2*math.pi*x*.001 if axis else 1)
total+=abs(jj)**2/(2*sigma)*volume
row['element_Joule_integral_W']=total
check('Интеграл Джоуля в экране '+row['model'],abs(total/row['ohmic_loss_W']-1),0.04)
records.append(row);finish()
if MODE=='acshield':
last=[r for r in records if r['level']==3]
for i in range(1,len(last)):
check('Частотное усиление экранирования '+str(last[i]['variant']),max(0,last[i]['attenuation_ratio']/last[i-1]['attenuation_ratio']-1),0.01)
elif MODE in ('sensor','pipe','heating'):
for variant in CONFIG['variants']:
for level in range(3):
f=variant if MODE=='heating' else CONFIG['f']
start(True,f,500,level);material('Медь обмотки');material('Проводящая мишень',1,CONFIG['sigma'])
if MODE=='sensor':
name=coil(20,variant+3,4,6,CONFIG['I'],CONFIG['N'],1/(2**level),1)
rect(0,-8,60,0);label(30,-4,'Проводящая мишень',1/(2**level),5)
elif MODE=='heating':
name=coil(40,10,6,8,CONFIG['I'],CONFIG['N'],1/(2**level),1)
rect(0,-5,60,0);label(30,-2.5,'Проводящая мишень',.6/(2**level),5)
else:
name=coil(24,0,4,6,CONFIG['I'],CONFIG['N'],.8/(2**level),1)
polygon([(16,-40),(20,-40),(20,-4),(20-variant,-4),(20-variant,4),(20,4),(20,40),(16,40)])
label(18,-20,'Проводящая мишень',.8/(2**level),5)
label(300,0,'Воздух',30/(2**level))
row=solve(level,variant);energy_identity(row,[name],f)
ii,vv,pp=circuit_values(name);zz=vv/ii
row.update({'impedance_real_ohm':zz.real,'impedance_imag_ohm':zz.imag,'L_apparent_H':zz.imag/(2*math.pi*f),'primary':row['ohmic_loss_W']})
check('Пассивность мишени '+row['model'],max(0,-zz.real),1e-10)
check('Реактивное сопротивление катушки '+row['model'],max(0,-zz.imag),1e-10)
records.append(row);finish()
finest=[r for r in records if r['level']==3]
if MODE=='sensor':
for i in range(1,len(finest)):check('Убывание потерь с зазором '+str(finest[i]['variant']),max(0,finest[i]['ohmic_loss_W']/finest[i-1]['ohmic_loss_W']-1),0.005)
if MODE=='pipe':
difference=abs(finest[1]['impedance_imag_ohm']/finest[0]['impedance_imag_ohm']-1)
check('Утонение даёт разрешимый сигнал',max(0,0.001-difference),0)
records.append({'measurement':'thinning_signal','relative_impedance_change':difference})
# Сходимость по трём сеткам проверяется отдельно для каждого физического режима.
groups={}
for row in records:
if 'level' not in row:continue
key=str(row['variant'])+str(row.get('shape',''))+str(row.get('excitation',''))
if key not in groups:groups[key]=[]
groups[key].append(row)
for key,rows in groups.items():
rows.sort(key=lambda row:row['level'])
value=abs(rows[-1]['primary']/rows[-2]['primary']-1)
check('Сходимость измеряемой величины, режим '+key,value,0.025 if MODE in ('acshield','heating','pipe','sensor','proximity','skin','busbars') else 0.012)
result={'runtime':'FEMM 5; embedded MicroPython','case_id':'biot-savart-fields','records':records,'checks':checks,'passed':all(c['passed'] for c in checks),'scope':'Самостоятельная учебная 2D/осесимметричная модель; численные проверки относятся к указанным параметрам.'}
with open(directory+'/result.json','w') as stream:json.dump(result,stream)
print(json.dumps(result))
assert result['passed']
Картина рассчитанного поля
Окна FEMM 5
Снимки интерфейса FEMM показывают геометрию, настройки и работу с результатами в FEMM 5. Откройте изображение, чтобы рассмотреть подписи и значения в полном размере.
Результаты и численные проверки
Сохранено решений FEMM: 3. Выполнено проверок: 7. Полная точность чисел и условия сравнения доступны в таблицах результатов JSON.
| Аналитическая By, Тл | Частота, Гц | Файл модели | Сохранение, открытие и решение | Компонента By, Тл | Число узлов | Аналитическая Bx, Тл | Энергия по потокосцеплениям, Дж | Уровень сетки | Средние джоулевы потери, Вт | Модуль индукции в контрольной точке, Тл | Активная мощность цепей, Вт | Число элементов | Компонента Bx, Тл | Относительная ошибка энергетического равенства | Форма проводника | Энергия поля, Дж |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 16 × 10⁻⁶ | 0 | model-0-01-solid.fem | Да | 15,553149 × 10⁻⁶ | 8334 | -32 × 10⁻⁶ | 82,034659 × 10⁻⁶ | 1 | 0 | 35,47951 × 10⁻⁶ | 0 | 16471 | -31,888794 × 10⁻⁶ | 826,02447 × 10⁻¹⁸ | solid | 82,034659 × 10⁻⁶ |
| 16 × 10⁻⁶ | 0 | model-0-02-solid.fem | Да | 15,783167 × 10⁻⁶ | 19762 | -32 × 10⁻⁶ | 82,45137 × 10⁻⁶ | 2 | 0 | 35,645592 × 10⁻⁶ | 0 | 39339 | -31,960911 × 10⁻⁶ | 9,2047169 × 10⁻¹⁵ | solid | 82,45137 × 10⁻⁶ |
| 16 × 10⁻⁶ | 0 | model-0-03-solid.fem | Да | 15,773022 × 10⁻⁶ | 73890 | -32 × 10⁻⁶ | 82,840316 × 10⁻⁶ | 3 | 0 | 35,670352 × 10⁻⁶ | 0 | 147416 | -31,993528 × 10⁻⁶ | 29,774874 × 10⁻¹⁵ | solid | 82,840316 × 10⁻⁶ |
| Критерий | Получено | Допуск или ожидаемое значение | Итог |
|---|---|---|---|
| Энергия и потокосцепление model-0-01-solid.fem | 826 × 10⁻¹⁸ | 0,012 | Выполнен |
| Векторный закон Био — Савара model-0-01-solid.fem | 0,01287 | 0,035 | Выполнен |
| Энергия и потокосцепление model-0-02-solid.fem | 9,205 × 10⁻¹⁵ | 0,006 | Выполнен |
| Векторный закон Био — Савара model-0-02-solid.fem | 0,006158 | 0,0175 | Выполнен |
| Энергия и потокосцепление model-0-03-solid.fem | 29,77 × 10⁻¹⁵ | 0,003 | Выполнен |
| Векторный закон Био — Савара model-0-03-solid.fem | 0,006347 | 0,00875 | Выполнен |
| Сходимость измеряемой величины, режим 0solid | 694,6 × 10⁻⁶ | 0,012 | Выполнен |
Допуски относятся к указанной учебной задаче и способу сравнения. Число показанных цифр не означает такой же физической точности.
Модели, решения и программа
Для нового расчёта сохраните программу, модели и необходимые данные в одну рабочую папку, сохраняя структуру подпапок.
- Файл результатов: README.md7595 байт
- Магнитное решение: model-0-01-solid.ans1027220 байт
- Магнитная модель: model-0-01-solid.fem2139 байт
- Магнитное решение: model-0-02-solid.ans2519581 байт
- Магнитная модель: model-0-02-solid.fem2144 байт
- Магнитное решение: model-0-03-solid.ans9591318 байт
- Магнитная модель: model-0-03-solid.fem2148 байт
- Программа встроенного Python: reproduce.py18877 байт
Границы применимости
- Конечная длина проводов, обратные соединения и контактные участки исключены плоскопараллельной постановкой.
- Полевые модели и программа являются самостоятельными учебными материалами курса. Численная проверка охватывает указанные критерии; физических измерений и нативных снимков интерфейса в этом проходе нет.