磁場H的案例
Simdroid電磁分析
求解場量與物理量
? 物理量：電磁力、力矩、電感、歐姆損耗、鐵芯損耗、磁鏈、電導、導納等；
? 場量：磁矢勢A、磁場強度H、磁感應強度B、電流密度J、電勢V、電場強度E、電磁力F等。
幾張動圖展示傳輸?shù)臏蔜EM模式
1、這是電場E
2、這是磁場H
3、同時查看E、H和坡印廷矢量
Maxwell穩(wěn)態(tài)磁場求解器仿真實例一
問題描述：求解一段通有100A電流的銅導線在穩(wěn)定磁場中的受力情況。磁場由永磁體產生。磁性材料為材料庫中的NdFe35。磁性材料屬性如下定義（X方向磁化）。
模型圖如下。其中紅色框線為求解區(qū)域。
注：磁體外部磁感線設置方向是從+X面出發(fā)垂直穿過導線進入-X面。即+X面是N極，-X面為S極。
Maxwell前處理
求解樹如下圖：
Boundaries邊界條件：這里邊界條件未指定，系統(tǒng)自動選取默認邊界條件加載到物體外邊界。
Excitations激勵：在導線兩個端面加載100A穩(wěn)定電流，兩端面電流大小方向均一致都流向+Y方向（注意斷開導體端面需與求解區(qū)域表面重合，否則無法計算）
Parameters參數(shù)：選中通電導線然后添加Force力參數(shù)。
Mesh operations網格劃分：右擊鼠標選擇Assigned>Inside selection>Length based… 其中導線劃分尺寸為0.5mm，磁鐵劃分尺寸3mm。
Analysis分析設置：這里直接添加分析設置默認即可。
結果查看：
鼠標右擊Result選擇Solution data得到如下結果窗口。
安培力大小為Fz=0.57657N（+Z方向）
理論驗證：
根據安培定律F=BIL可知通電導線受力大小為磁感應強度B*電流*導體長度。受力方向可根據左手定則確定。
選中銅導線右擊云圖按鈕Field overlays>Field>B>B_Vector 查看導線處磁場強度H，磁感應強度B
導線磁場強度H
導線磁感應強度B
上面B、H云圖的中間數(shù)值之比恰好與真空中的磁導率接近。這與物理課本中講的介質磁導換算公式B=U*H是相符和的。
展開 Ansoft Maxwell穩(wěn)態(tài)磁場求解器仿真實例
問題描述：求解一段通有100A電流的銅導線在穩(wěn)定磁場中的受力情況。磁場由永磁體產生。磁性材料為材料庫中的NdFe35。磁性材料屬性如下定義（X方向磁化）。
模型圖如下。其中紅色框線為求解區(qū)域。
注：磁體外部磁感線設置方向是從+X面出發(fā)垂直穿過導線進入-X面。即+X面是N極，-X面為S極。
Maxwell前處理
求解樹如下圖：
Boundaries邊界條件：這里邊界條件未指定，系統(tǒng)自動選取默認邊界條件加載到物體外邊界。
Excitations激勵：在導線兩個端面加載100A穩(wěn)定電流，兩端面電流大小方向均一致都流向+Y方向（注意斷開導體端面需與求解區(qū)域表面重合，否則無法計算）
Parameters參數(shù)：選中通電導線然后添加Force力參數(shù)。
Mesh operations網格劃分：右擊鼠標選擇Assigned>Inside selection>Length based… 其中導線劃分尺寸為0.5mm，磁鐵劃分尺寸3mm。
Analysis分析設置：這里直接添加分析設置默認即可。
結果查看：
鼠標右擊Result選擇Solution data得到如下結果窗口。
安培力大小為Fz=0.57657N（+Z方向）
理論驗證：
根據安培定律F=BIL可知通電導線受力大小為磁感應強度B*電流*導體長度。受力方向可根據左手定則確定。
選中銅導線右擊云圖按鈕Field overlays>Field>B>B_Vector 查看導線處磁場強度H，磁感應強度B
導線磁場強度H
導線磁感應強度B
上面B、H云圖的中間數(shù)值之比恰好與真空中的磁導率接近。這與物理課本中講的介質磁導換算公式是相符和的。下面直接取用B云圖的中間數(shù)值B=0.557T參與理論驗算。
展開 
從物理角度看，電感飽和究竟是怎么回事？
磁場強度H和磁感應強度B的關系可以用磁導率表示：
磁性材料的磁導率μ不是一個恒定不變的量，而是取決于磁場強度H。在會發(fā)生磁飽和的金屬中，隨著通過電感的電流增加，相對磁導率μ隨磁場強度H的增加達到一個最大值，然后隨著它的飽和減小，會變?yōu)?，所以相應的電感L也趨向空心電感，換句話說，就是變成了導線，這就是電感飽和的物理意義。
電感不會消失，只會退化成空心電感。
B-H曲線如下圖所示，在H的右極限處，所有的材料都會趨向于同一根直線，B=μ0H，這就是大自然的物理收斂：
B-H曲線
在很多教科書里它有另一個名字"磁滯回線"；當然，磁滯回線還有另外三個象限
因為磁飽和，鐵磁性材料的磁導率μf會隨磁場強度增加，上升到一最大值，之后漸漸下降。
用麥克斯韋方程組計算一切
一切電磁相關的物理量，都可以從麥克斯韋方程組得出，電感并不例外。
電感(這里只考慮自感)的物理定義式是：
它描述的是，在單位電流變化率di/dt下，產生反向感應電動勢的能力。
物理上最撓人的幾個事實之一就是，定義式往往不是用來設計的公式。針對后者，我們還會有一個更常用的計算公式，下面來推導一下：
根據法拉第定律(麥克斯韋方程之一)，感應電動勢等于磁通Φ變化率；如果是多匝線圈還需要考慮繞組等效匝數(shù)N。
展開 基于comsol的多芯扭轉超導復合線力學分析 ￥1650
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</div><p> 研究超導態(tài)在外加的磁場中行為之后，知道超導態(tài)可以被外加磁場所破壞，才認識道超導態(tài)是由于傳輸電流自身產生的磁場H超過超導體的臨界磁場Hc,使其超導態(tài)受到破壞，根本無法通過大的電流。必須在超導材料加工過程中加以解決.</p><p> 從穩(wěn)定性角度來看，由于超導細絲內流動著永不衰減的屏蔽電流，它使磁場無法穿透到導體內部，是導體不穩(wěn)定性的起因.因此若能設法使磁場以某種形式穿透到導體內部.也就消除了不穩(wěn)定的根源.經分析和實驗得知，只要將導體沿它的軸向按一定的扭距扭轉，磁場就可向扭轉的復合體內部穿透.這就是多芯扭轉超導復合線產生的原因。</p><p> 對于Nb-Ti合金材料用上述方面可產生多芯扭轉超導復合線.對于Nb3Sn材料.多采用青銅法(固態(tài)擴散法)制備.可以得到多芯線.這種組合線最后經過機械扭轉，最后在700℃處理幾小時可到的到多芯Nb3Sn超導扭轉復合線。</p><p> 現(xiàn)在高溫超導材如Bi(2223)，也是參照低溫超導材料多芯，細絲加工方法，制備Bi(2223)多芯帶材。只是在在組裝電纜時，不是直線，而是按一定角度螺旋排放。也取得良好效果。</p><p> 相信隨著高溫超導材料進一步研發(fā)，它在國計民生將起到越來越重要的作用。
展開 電子順磁共振技術應用及進展
根據保里原理：每個分子軌道上不能存在 2 個自旋態(tài)相同的電子，因而各個軌道上已成對的電子自旋運動產生的磁矩是相互抵消的，只有存在未成對電子的物質才具有永久磁矩，它在外磁場中呈現(xiàn)順磁性。
電子自旋產生自旋磁矩： μ = ge β，其中 β 是玻爾磁子； ge 是無量綱因子，稱為 g 因子； 自由電子的 g 因子為 ge = 2.0023，單個電子磁矩在磁場方向分量 μ = ( 1 /2) ge β。當電子自旋處于外磁場H的作用下時，有2個可能的能量狀態(tài)：即 E =± 1/2( ge βH) ，如圖 1 所示，能量差 ΔE = ge β H。這種現(xiàn)象稱為塞曼分裂( Zeeman splitting) 。
如果在垂直于H 的方向上施加頻率為 hυ 的電磁波，當滿足下面條件：hυ = ge β H，處于兩能級間的電子發(fā)生受激躍遷，導致部分處于低能級中的電子吸收電磁波的能量躍遷到高能級中，于是就產生了順磁共振現(xiàn)象。
受激躍遷產生的吸收信號經電子學系統(tǒng)處理可得到 EPR 吸收譜線(對應于圖1中虛線)，EPR波譜儀記錄的吸收信號一般是一次微分線型，或稱一次微分譜線( 即測試后得到數(shù)據曲線，對應于圖 1 中實線)。
圖1電子自旋能級分裂及能級吸收曲線示意圖
如圖1中吸收及微分曲線所示，g值可由下式計算得出，
式中，H值對應的即為吸收曲線最高點，也就是微分曲線中峰頂和峰谷中間對應的磁場 H 值。由此便可計算出 g 因子。由 g 因子可大致判斷所測試元素原子所處的化學環(huán)境及電子的狀態(tài)。
3 EPR 的應用研究進展
由于電子自旋相干、自旋捕捉、自旋標記、飽和轉移等電子順磁共振和順磁成像等實驗新技術和新方法的建立，EPR 技術很快在物理、化學、自由基生物學、醫(yī)藥學、環(huán)境科學、考古學和材料科學等領域中獲得廣泛的應用。
展開 什么是勵磁涌流？
我們先來了解一下剩磁的概念：
下圖曲線是鐵磁性材料特有的曲線，對于一個沒有被磁化的鐵磁材料，其磁感應強度B會隨著磁場強度H的增加沿圖中虛線所示的路徑，逐漸增強，當?shù)竭_a點時，磁感應強度B不再隨磁場強度H線性增加，而是趨于平穩(wěn)，此時鐵磁材料達到磁飽和。此時若磁場強度H逐漸減小到0，磁感應強度B并不會沿圖中虛線路徑減小到0，而是由a點下降到b點，在b點剩余的磁感應強度B稱為剩磁。
講到這里相信大家對磁飽和以及剩磁的概念已經了解到根（wan）深（quan）蒂（bu）固(dong)的程度了吧！下面開始正題:
變壓器是一個電磁元件，其磁通的建立和維持需要勵磁電流，當變壓器空載投入或外部故障切除后電壓恢復時，可能會出現(xiàn)數(shù)值很大的勵磁電流稱為勵磁涌流。變壓器穩(wěn)態(tài)運行情況下，設繞組端電壓u為：
忽略變壓器的漏抗和繞組電阻，設匝數(shù)N=1，則用標幺值表示的電壓u與磁通Φ之間的關系為：
當變壓器空載合閘時，由電壓u與磁通Φ之間的微分方程求解可得：
式中：C為積分常數(shù)。
展開 利用Q2D分析傳輸線的串擾
1.2、電感性耦合：
兩個相鄰的導線（或導體），如果靠的夠近，當一條線上有電流信號的變化時，會產生磁場對另一條線耦合出電壓信號的變化。由于這是磁場的影響，所以可用通過寄生電感（互感，mutual inductance）來解釋。
問題：如何理解互容與電場的關系？
A、電場總是起于高電壓止于低電壓（V=0），并且沿著電場線電壓逐漸變低；
B、現(xiàn)在由于電力線的存在，相當于在攻擊線和受害線之間加上了一個電壓，即在互容Cm兩端存在電壓差，對電容充電，自然就產生了感應電流；
問題：如何理解互感與磁場的關系？
利用Q2D分析互容和互感的變化趨勢及電磁場分布：
2.1、線間距的影響
隨著間距增大，互感和互容變弱，3倍線寬后，變弱趨勢變緩；觀察電磁場分布，離的越近，到達受害線的電力線和磁力線的數(shù)目越多，3倍線寬后，明顯到達受害線的電力線和磁力線數(shù)目減小。
2.2、增大線寬W能否減小串擾？
從互容和互感的值比較來看，的確增大線寬可以一定程度上減小互容和互感，注意要保持阻抗都為50ohm比較才有意義。
線寬加寬后電場E幅度對比：
明顯線寬加寬后，在攻擊線處的電場幅度要小，類似于平行板電容器，面積越大，對電場的束縛越大，電場越不容易往外傳播；
線寬加寬后磁場H幅度對比：
為什么磁場的幅度變化不大？因為磁場是沿著信號路徑畫圈圈的，加大線寬對信號路徑的回路大小幾乎沒有影響。
展開 趣談基本傳輸線結構演變
撇開抽象的電磁波傳播模式不談，你只須知道，只有插芯波導可以傳輸TEM模，自然同軸線里面?zhèn)鬏數(shù)囊彩荰EM模，它的子孫因為血統(tǒng)不純正，只能傳輸非正統(tǒng)的TEM模，也就是“準TEM”了，下面來看看正統(tǒng)的TEM是什么樣的：
紅色為電場E，藍色為磁場H。
上面是從場的角度來認識同軸線，那么同軸線的特征阻抗又有啥變化規(guī)律呢？
真正的傳輸線特征阻抗計算公式是比較復雜的，對于做項目的人來說，沒必要去掌握那些復雜的數(shù)學公式，簡化的公式同樣可以達到目的，如下圖所示的簡化公式，簡單認為阻抗只跟電容有關系，而電容直接借用平行板電容的公式。
為什么只考慮電容呢？因為在高速信號領域，電感的理解比電容更難，存在多種電感的概念，比如：自感、互感、局部電感、回路電感，尤其是回路電感，這就涉及到信號路徑和信號的返回路徑概念，比較抽象，因此可以摒棄電感，只考慮電容對阻抗的影響。
電容的理解就很簡單了，它是兩個物體之間的固有屬性，跟物體的尺寸和材料屬性密切相關，根據公式可以知道，高介電常數(shù)的材料電容大，相對面積大，電容也大，間距大，電容就小。對于同軸，它的電容就是內導體和外導體之間的互容C11。
同軸內導體半徑r1對電容和阻抗的影響
從上面的闡述可以知道，如果同軸的內導體半徑r1在增大，它與外導體的相對面積就會增大，同時跟外導體的間距也會減小，這都將導致電容C11增大，自然同軸的特征阻抗就會變小，你可以用Q2D很輕松的完成這個驗證，參考下面兩圖。
展開 基于Lumerical Mode的典型波導腔面本征模式的光場圖計算
展開FDE模塊樹可以右擊已算出的模式數(shù)據包，
選擇想要輸出的結果，比如電場圖E、磁場圖H、能量場P以及遠場圖farfield等
**輸出格式可以是圖片或者記事本文檔，建議輸出后者以便加工作圖
總結，該方法已經被成熟運用于相關論文本征模式光場的作圖與分析：
最后，有相關需求歡迎通過微信公眾號聯(lián)系我們。
微信公眾號：320科技工作室。
VirtualLab Fusion非序列光場追跡
2.分解和互聯(lián)方法
光學系統(tǒng)建模主要是求解麥克斯韋方程組以在R3中獲得電場E和磁場H。麥克斯韋方程組的頻域表示如下
對于線性物質方程和各向同性介質。系統(tǒng)的折射率n ?(r)是非均勻的，并且定義如下：
，其中r=(x,y,z)。各頻譜w的解是一個電磁諧波場，它是由三個電場分量和三個磁場分量決定的。在光學系統(tǒng)建模中，求解系統(tǒng)域Ω中所有場的分量是一個最普遍待解決的任務。
為了簡化符號我們使用場矢量V來概述六個場方向：
由麥克斯韋方程來看，很明顯六個場方向并不是獨立的。尤其是我們總是可以從電場矢量計算出磁場。然而我們使用場矢量V是為了強調模擬中必須包含了六個場分量，這為我們定義探測器提供了最大的靈活性，能夠方便的讓我們進行光場性能評估。例如，在能量考慮方面，坡印廷矢量是非常實用的。其定義結合了磁場和電場。
圖1闡述了所關心的建模情景。系統(tǒng)位于域Ω?R3中。J 個子域Ωj都處在折射率n ?(r)中，其中r=(x,y,z)是非均勻的。我們使用Γj來表示各子域Ωj的邊界。
圖1.形式上一個系統(tǒng)被分成J個子域Ωj。所有的子域都處在一個折射率為n的均勻和各項同性介質中。子域的邊界用Γj表示。
從實際的角度來看，子域與系統(tǒng)的元件緊密相關，但對于接下來要討論的內容來說那并不重要。特別是其有利于將一個元件分解成多個子域。此外，有時候這有利于在系統(tǒng)的均質區(qū)域定義一個子域。根據建模技術的規(guī)格，可以在一定程度上自由地選擇子域的形狀和尺寸。所有的子域都處在折射率為n的均勻電介質中。
為了獲得一個公式以模擬整個系統(tǒng)，我們應用了一些分解和互聯(lián)的方法。首先我們?yōu)槊總€子域Ωj定義了散射問題。然后我們確定方程以將局部散射問題的解進行互聯(lián)。最終，全局問題由一個均衡方程描述以確保場的連續(xù)性。
展開 ANSYS Maxwell中邊界條件的應用
3 Zero Tangential H Field &Magnetic Field (H-Field)
3.1 邊界條件解釋
3.1.1 Zero Tangential H Field
零切向磁場，磁場H的切向分量被設置為0，磁力線垂直于該邊界條件，適用于施加外部磁場，如地磁場的垂直面。
3.1.2 Magnetic Field (H-Field)
磁場邊界條件，磁場的切向分量被指定為預定義的值，但如果該分量的值被指定為0，則其效果與Zero Tangential H Field相同，磁場與該邊界垂直，適用于施加外部磁場，如地磁仿真。
3.2 案例驗證
本案例中將會在Maxwell 3D靜磁場中施加一個沿Y軸正方向的外部磁場。如圖5所示，創(chuàng)建一個正方體軟磁體，材料設置為“Steel_1010”，并在正方體外部創(chuàng)建Region，將“Percentage Offset”設置為每個方向均為100%。
在Region與Y軸平行的4個面上分別按照圖6和圖7添加場強為40A/m的Tangential H Field邊界條件；并在與Y軸垂直的2個面上分別按照圖8添加Zero Tangential H Field邊界條件，完成后效果如圖9所示。
本案例查看軟磁體周圍靜磁場的分布，設置一個足夠收斂的“Setup”，求解完成后如圖10和圖11所示查看XY平面的磁密分布。
展開 非序列光場追跡
2.分解和互聯(lián)方法
光學系統(tǒng)建模主要是求解麥克斯韋方程組以在R3中獲得電場E和磁場H。麥克斯韋方程組的頻域表示如下
對于線性物質方程和各向同性介質。系統(tǒng)的折射率n ?(r)是非均勻的，并且定義如下：
，其中r=(x,y,z)。各頻譜w的解是一個電磁諧波場，它是由三個電場分量和三個磁場分量決定的。在光學系統(tǒng)建模中，求解系統(tǒng)域Ω中所有場的分量是一個最普遍待解決的任務。
為了簡化符號我們使用場矢量V來概述六個場方向：
由麥克斯韋方程來看，很明顯六個場方向并不是獨立的。尤其是我們總是可以從電場矢量計算出磁場。然而我們使用場矢量V是為了強調模擬中必須包含了六個場分量，這為我們定義探測器提供了最大的靈活性，能夠方便的讓我們進行光場性能評估。例如，在能量考慮方面，坡印廷矢量是非常實用的。其定義結合了磁場和電場。
圖1闡述了所關心的建模情景。系統(tǒng)位于域Ω?R3中。J 個子域Ωj都處在折射率n ?(r)中，其中r=(x,y,z)是非均勻的。我們使用Γj來表示各子域Ωj的邊界。
圖1.形式上一個系統(tǒng)被分成J個子域Ωj。所有的子域都處在一個折射率為n的均勻和各項同性介質中。子域的邊界用Γj表示。
從實際的角度來看，子域與系統(tǒng)的元件緊密相關，但對于接下來要討論的內容來說那并不重要。特別是其有利于將一個元件分解成多個子域。此外，有時候這有利于在系統(tǒng)的均質區(qū)域定義一個子域。根據建模技術的規(guī)格，可以在一定程度上自由地選擇子域的形狀和尺寸。所有的子域都處在折射率為n的均勻電介質中。
為了獲得一個公式以模擬整個系統(tǒng)，我們應用了一些分解和互聯(lián)的方法。首先我們?yōu)槊總€子域Ωj定義了散射問題。然后我們確定方程以將局部散射問題的解進行互聯(lián)。
展開 南京大學在超導研究取得重要進展
施加外磁場可以觀察到超導轉變被抑制，如圖（b）插圖所示。KxWTe2的超導性質表現(xiàn)出強烈的各向異性：沿平行于樣品表面方向的臨界磁場要比垂直方向的臨界磁場大10倍左右。 這一性質與已經報道的一些超導體系相似，比如一些過渡金屬二硫化物和鐵基超導體。掃描隧道顯微譜測量證實了超導能隙的存在，如圖（c）所示。
圖1（a）KxWTe2的STM表面形貌圖。（b）鉀插層WTe2的電阻隨溫度變化曲線。插圖：在不同的外加磁場（H⊥）下的電阻隨溫度變化曲線。（c）KxWTe2樣品表面測量的掃描隧道顯微譜顯示超導能隙的存在。
可以預期，常壓下WTe2的超導轉變將使得更多的實驗測量手段可以被利用，從而為常壓下研究WTe2的超導機制提供了材料基礎。由于WTe2本身屬于第二類Weyl半金屬，鉀插層的WTe2也為研究拓撲超導提供了一種新的候選材料。
該工作得到了固體微結構物理國家重點實驗室、人工微結構科學與技術協(xié)同創(chuàng)新中心、科技部重大科學研究計劃、國家自然科學基金、江蘇省雙創(chuàng)人才計劃和六大人才高峰等項目的資助。
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