有限长螺线管场分布特性分析

摘要

在电磁学领域里，针对载流圆导线、无限长螺线管以及密绕的有限长螺线管，人们已进行了一些相关的理论推导和数值分析。然而，实际应用中的螺线管并非理想的密绕螺线管，计算这种情况下螺线管的磁场分布更为复杂。基于毕奥-萨伐尔定律和叠加原理，本文利用数值方法对通有交变电流的有限长螺线管磁场的分布特性进行了分析。
　　首先讨论通有稳恒电流有限长螺线管磁场分布的计算方法。对三种不同方法计算磁场的利弊进行了比较分析；介绍了通常螺线管磁场计算中基础线圈的磁场计算模型，并给出了轴线上场点的磁场解析表达式；还介绍了长直螺线管电流分解得出的磁场计算模型和考虑螺距时圆截面螺线管电流磁场的计算模型，并分析了优缺点和应用范围，画出了磁场分布示意图。
　　其次根据基于毕奥-萨伐尔定律和叠加原理的螺线管磁场计算模型的基本理论，分析、讨论了通有稳恒和交变电流的有限长螺线管磁场分布的情况。通过数值仿真和计算，给出了通有稳恒电流和交变电流的有限长螺线管任意场点磁场的分布计算方法；分析了给定高度时与螺线管轴线垂直面内磁场分布，给出了该截面内磁场分布的立体变化图和在三个正交平面上投影的场值分布；同时，也分析了平行且过螺线管轴线的面内场值变化，得出了其中的三维立体变化图和在正交面上投影的场值分布。