Maxwell平行板电容器2D仿真实例

实验要求：

综合训练项目一：平板电容器电场仿真计算2D仿真

目的和要求：加强对静电场场强、电容、电场能量的理解，应用静电场的边界条件建立模拟的静态电场，解决电容等计算问题；提升学生抽象思维能力、提高利用数学工具解决实际问题的能力。

成果形式：仿真过程分析及结果报告。用Ansoft Maxwell软件计算电场强度，并画出电压分布图，计算出单位长度电容，和电场能量，并对仿真结果进行分析、总结。将所做步骤详细写出，并配有相应图片说明。

一、平行板电容器描述

上下两极板尺寸：20*2（mm）

材料：pec（理想导体）

介质尺寸：20*6（mm）

材料：mica（云母）

激励：电压源

上极板电压：5V

下极板电压：0V

二、仿真步骤

1、建模

Project > Insert Maxwell 2D Design File>Save as>Planar Cap（工程命名为“Planar Cap”）选择求解器类型：Maxwell > Solution Type> Electric> Electrostatic（静电的）

创建下极板六面体Draw > Rectangle（创建下极板长方形）

将六面体重命名为DownPlate

大小：20*2（mm）

Assign Material > pec（设置材料为理想导体perfect conductor）

创建上极板六面体Draw > Rectangle（创建上极板六面体）

大小：20*2（mm）

将六面体重命名为UpPlate

Assign Material > pec（设置材料为理想导体perfect conductor）

创建中间的介质六面体Draw > Rectangle（创建中间介质六面体）

大小：20*6（mm）

将六面体重命名为medium

Assign Material > mica（设置材料为云母mica）

创建计算区域（Region）Padding Percentage：60%

设置完图片如下图：

2、设置激励（Assign Excitation）

选中上极板UpPlate,

Maxwell 2D> Excitations > Assign >V oltage > 5V

选中下极板DownPlate,

Maxwell 2D> Excitations > Assign >V oltage > 0V

3、设置计算参数（Assign Executive Parameter）Maxwell 2D > Parameters > Assign > Matrix > V oltage1, V oltage2

4、设置自适应计算参数（Create Analysis Setup）Maxwell 2D > Analysis Setup > Add Solution Setup

5、Check & Run

6、查看结果

Maxwell 2D > Reselts > Solution data > Matrix 电容值：116.42pF

7、查看能量分布图Region>fields>voltage>Allobjects>Done

三、结果分析与计算

电容的结果为116.42pf

平板式电容计算公式：C=εr*S/4πkd式中：电容C，单位F；相对介电常数；ε云母介电常数6.0~7.2×10（-12方）单位F/m；面积S，单位平方米；

极板间距d，单位米。

C=8.86*10^-12 *20*20/(4*3.14*9.0*10^9*6)=120.732up 与仿真值接近

电场能量图：

电压分布图：

场强分布图：

四、心得体会

1、这个实验是用利用Maxwell 2D电磁场分析软件对平行板电容器进行分析。通过这次实验，掌握了Maxwell 2D这个软件的基本操作知识，但是对一些复杂的操作和软件的部分功能还并未熟悉，需要多加练习。而且这个软件对解决一些较难求解的静磁场有很大帮助，所以又必要进一步学习。

2、实验前需要先熟悉这个软件的基本操作知识，这样利用软件解决具体问题的时候会容易很多。这个实验就是这样，如果不看前面的基本操作，直接去做后面的实验，实验很难做出来。而熟悉过基本操作知识之后，实验很简单。

3、利用这个软件解决静磁场的问题不仅简单，而且可以直接观察出场的分布图形，很直观，便于理解。