Mở đầu
Với chai từ tính, loại bẫy từ cấu thành từ hai tấm gương từ tính, điện tích không đi theo đường xoắn ốc đều mà phản xạ qua về. Nhớ lại rằng, trong từ trường đều điện tích nhìn chung chuyển động theo đường xoắn ốc, di động mãi về một phía. Với chai từ tính, chúng bị nhốt lại không thoát ra được.
Trong kĩ thuật, hệ gương từ tính có thể tạo nên bằng những cuộn dây mang dòng điện với những bố trí đặc biệt tuỳ theo thiết kế. Mô hình đơn giản nhất của hệ gương từ tính là hai vòng dây mang dòng điện đặt song song. Mô phỏng của chúng ta dựa trên mô hình này.
Vành đai Van Allen bao quanh Trái đất là một loại chai từ tính tự nhiên, bẫy các điện tích từ các tia vũ trụ, khiến chúng đi theo đường xoắn ốc lên Bắc cực rồi xuống Nam cực, dao động không ngừng. Hành trình giữa hai từ cực, hay mỗi chu kì dao động, chỉ mất khoảng vài giây.
Tại hai đầu cực Trái đất, nơi tập trung của bó đường sức từ, vành đai Van Allen đi vào bầu khí quyển. Va chạm giữa các hạt vũ trụ với khí quyển tạo nên hiện tượng cực quang rực rỡ.
Người ta hi vọng tiến hành phản ứng nhiệt hạch có điều khiển, bằng cách đựng plasma hàng triệu độ vào chai từ tính.
Nguyên lý lập trình
Kết quả mô phỏng




Code chương trình Matlab
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 | function Magnetic_bottle % Author: Tran Hai Cat % Lecturer in Physics, HCM University of Technology and Education % - Dai hoc Su pham Ky thuat Tp. Ho Chi Minh % Created: 2019.08.17 clc clear variables close all global mu0 m q %% CONST q_element = 1.6e-19; mu0 = 4*pi*1e-7; %% FOR USER: % Initial velocity: v0x = 1e6; v0y = 1*v0x; v0z = 0; % Initial position: x0 = 0; y0 = 0; z0 = 0; %% PARAMETR m = 9.1095e-31; q = -q_element; tmax = 65/v0x; xmin = -2; xmax = 2; ymin = -1; ymax = 1; zmin = -1; zmax = 1; %% CALCULATION Nx = 20; Ny = 10; Nz = 10; x_field = linspace(xmin,xmax,Nx); y_field = linspace(ymin,ymax,Ny); z_field = linspace(zmin,zmax,Nz); [X_field,Y_field,Z_field] = meshgrid(x_field,y_field,z_field); [Bx_matrix,By_matrix,Bz_matrix] = magnetic_field(X_field,Y_field,Z_field); [T,Y] = ode45(@lorentz,linspace(0,tmax,5000),[x0 y0 z0 v0x v0y v0z]); x = Y(:,1); y = Y(:,2); z = Y(:,3); %% DISPLAY RESULT figure('name','CALCULATION PROCESS',... 'color','k','numbertitle','off'); set(gcf,'Units','normalized'); set(gcf,'Position',[0 0.05 1 0.85]); set(gca,'color','k','xcolor','w','ycolor','w','zcolor','w') axis equal axis([zmin zmax xmin xmax ymin ymax]); rotate3d on xlabel('x, [m]','fontsize',14); ylabel('y, [m]','fontsize',14); zlabel('z, [m]','fontsize',14); view(30,30); hold on streakarrow3d(X_field,Y_field,Z_field,Bx_matrix,By_matrix,Bz_matrix,2,1); % Draw the ring: R = 0.5; % Ring's radius phi = linspace(0,2*pi,180); x_wire = -1.5*ones(size(phi)); y_wire = R*cos(phi); z_wire = R*sin(phi); plot3(x_wire,y_wire,z_wire,'linewidth',3); x_wire = 1.5*ones(size(phi)); y_wire = R*cos(phi); z_wire = R*sin(phi); plot3(x_wire,y_wire,z_wire,'linewidth',3); plot1 = plot3(x(1),y(1),z(1),'ro','markersize',5,'markerfacecolor','r'); plot2 = animatedline('linewidth',1,'color','g'); for i = 1:length(T) set(plot1,'xdata',x(i),'ydata',y(i),'zdata',z(i)); addpoints(plot2,x(i),y(i),z(i)); drawnow limitrate pause(0.01) end %% FUNCTIONS function dy = lorentz(t,y) %% ODE global m q [Bx,By,Bz] = magnetic_field(y(1),y(2),y(3)); dy = zeros(6,1); dy(1) = y(4); dy(2) = y(5); dy(3) = y(6); dy(4) = q*(y(5)*Bz-y(6)*By)/m; dy(5) = q*(y(6)*Bx-y(4)*Bz)/m; dy(6) = q*(y(4)*By-y(5)*Bx)/m; function [Bx,By,Bz] = magnetic_field(X,Y,Z) %% Calculating magnetic field global mu0 Bx = zeros(size(X)); By = zeros(size(Y)); Bz = zeros(size(Z)); I = 1e3; % Ampere R = 0.5; % Ring's radius phi = linspace(0,2*pi,180); x_wire = -1.5*ones(size(phi)); y_wire = R*cos(phi); z_wire = R*sin(phi); N = length(x_wire)-1; kB = mu0/4/pi*I; for i_wire = 1:N dx_wire = x_wire(i_wire+1)-x_wire(i_wire); dy_wire = y_wire(i_wire+1)-y_wire(i_wire); dz_wire = z_wire(i_wire+1)-z_wire(i_wire); Delta_x = X-x_wire(i_wire); Delta_y = Y-y_wire(i_wire); Delta_z = Z-z_wire(i_wire); r = sqrt(Delta_x.^2+Delta_y.^2+Delta_z.^2); % x,y,z components of magnetic vector Bx = Bx+kB*(dy_wire*Delta_z-dz_wire*Delta_y)./r.^3; By = By+kB*(dz_wire*Delta_x-dx_wire*Delta_z)./r.^3; Bz = Bz+kB*(dx_wire*Delta_y-dy_wire*Delta_x)./r.^3; end phi = linspace(0,2*pi,180); x_wire = 1.5*ones(size(phi)); y_wire = R*cos(phi); z_wire = R*sin(phi); N = length(x_wire)-1; kB = mu0/4/pi*I; for i_wire = 1:N dx_wire = x_wire(i_wire+1)-x_wire(i_wire); dy_wire = y_wire(i_wire+1)-y_wire(i_wire); dz_wire = z_wire(i_wire+1)-z_wire(i_wire); Delta_x = X-x_wire(i_wire); Delta_y = Y-y_wire(i_wire); Delta_z = Z-z_wire(i_wire); r = sqrt(Delta_x.^2+Delta_y.^2+Delta_z.^2); % x,y,z components of magnetic vector Bx = Bx+kB*(dy_wire*Delta_z-dz_wire*Delta_y)./r.^3; By = By+kB*(dz_wire*Delta_x-dx_wire*Delta_z)./r.^3; Bz = Bz+kB*(dx_wire*Delta_y-dy_wire*Delta_x)./r.^3; end function hh=streakarrow3d(X,Y,Z,U,V,W,np,AC) %% Bertrand Dano 03-09 % Copyright 1984-2009 The MathWorks, Inc. DX=abs(X(1,1,1)-X(1,2,1)); DY=abs(Y(1,1,1)-Y(2,1,1)); DZ=abs(Z(1,1,1)-Z(1,1,2)); DD=min([DX DY DZ]); ks=DD/100; % Size of the "dot" for the tuft graphs np=np*10; alpha = 3; % Size of arrow head relative to the length of the vector beta = .15; % Width of the base of the arrow head relative to the length XYZ=stream3(X,Y,Z,U,V,W,X,Y,Z); Vmag=sqrt(U.^2+V.^2+W.^2); Vmin=min(Vmag(:));Vmax=max(Vmag(:)); Vmag=Vmag(:); cmap=colormap; for k=1:length(XYZ) F=XYZ(k); [L M]=size(F{1}); if L<np F0{1}=F{1}(1:L,:); if L==1 F1{1}=F{1}(L,:); else F1{1}=F{1}(L-1:L,:); end else F0{1}=F{1}(1:np,:); F1{1}=F{1}(np-1:np,:); end P=F1{1}; if AC==1 vcol=floor((Vmag(k)-Vmin)./(Vmax-Vmin)*64); if vcol==0; vcol=1; end COL=[cmap(vcol,1) cmap(vcol,2) cmap(vcol,3)]; else COL='k'; end hh=streamline(F0); set(hh,'color',COL,'linewidth',.5); if L>1 x1=P(1,1); y1=P(1,2); z1=P(1,3); x2=P(2,1); y2=P(2,2); z2=P(2,3); u=x2-x1; v=y2-y1; w=z2-z1; uv=sqrt(u.*u + v.*v); xa1=x2+u-alpha*(u+beta*(v+eps)); xa2=x2+u-alpha*(u-beta*(v+eps)); xa3=x2+u-alpha*u; ya1=y2+v-alpha*(v-beta.*(u+eps)); ya2=y2+v-alpha*(v+beta.*(u+eps)); ya3=y2+v-alpha*v; za1=z2+w-alpha*w; za2=z2+w-alpha*(w+beta.*(uv+eps)); za3=z2+w-alpha*(w-beta.*(uv+eps)); plot3([x2 xa1 xa2 x2 xa3 xa3 x2],[y2 ya1 ya2 y2 ya3 ya3 y2],[z2 za1 za1 z2 za2 za3 z2],'color',COL); hold on end end axis image |