课程设计报告(共19页).docx

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1、精选优质文档-倾情为你奉上 河南科技大学 物理工程学院 课程设计 课程名称： 利用origin软件设计介电性能 与温度、频率的三维关系专 业： 应用物理学班 级： 应物1402姓 名： 袁超时学 号： 7 指导教师： 王晓飞学 期： 2016-2017日 期： 2017 6 19 专心-专注-专业摘要Origin是公认的简单易学、操作灵活、功能强大的软件，它的主要功能是数据分析和科技绘图。Origin的数据分析包括统计、信号处理、图像处理、峰值分析和曲线拟合等各种完善的数学分析能力，科技绘图包括制作二维、三维、多图层等等。Origin的这些强大的功能，为我们提供了方便的制图方式。利用Origi

2、n的便利之处，绘制平面电磁波沿传播方向的三维图，首先在Matlab下编辑程序，得到数据，再在origin中对数据分析和绘图，得到想要的图形。利用origin设计介电弛豫过程，首先建立介电损耗与电场频率、温度的关系模型，通过C语言编辑一定频率下介电损耗和温度关系模型的程序，得到数据，再使用origin进行绘图和数据分析。利用origin设计介电性能与温度、频率的三维关系时，根据上面建立的模型，在C语言中编辑不同频率范围的介电损耗和温度关系模型的程序，得到系列数据，再在origin中进行科学绘图和数据分析。关键词：Cole-cole模型、麦克斯韦方程组、介电弛豫、介质损耗 一 课程设计目的和意义1

3、.课程设计目的a.学会使用origin软件的基本操作；b.学会使用origin软件进行科学绘图和数据分析；c.学会使用C语言、Mtablab等编程软件得到需要的数据；d.通过课程设计，学会独立编写科技类论文，为以后编写毕业论文打下基础。2.课程设计意义a.有助于加强我们的实际操作能力，提升对课本理论知识的理解，真正理解其内涵；b.有助于我们逻辑思维的锻炼，C语言、Matlab等程序设计能有效的训练学生的创新思维、培养数据分析能力和解决问题能力；c.有助于提升我们的细心能力，一个合理美观的图需要我们有耐心有细心的去做，程序也需要我们反复的调试，如果没有耐心，可能就调不出合理的程序； 二 课程设计

4、具体内容1.学会使用Origin软件进行简单绘图1.1 origin软件的介绍Origin为OriginLab公司出品的较流行的专业函数绘图软件，是公认的简单易学、操作灵活、功能强大的软件，既可以满足一般用户的制图需要，也可以满足高级用户数据分析、函数拟合的需要。Origin具有两大主要的功能：数据分析和绘图。Origin的数据分析包括统计、信号处理、图像处理、峰值分析和曲线拟合等各种完善的数学分析功能。准备好数据后，进行数据分析时，只需选择所要分析的数据，然后再选择相应的菜单命令即可。Origin的绘图是基于模板的，Origin本身提供了几十种二维和三维绘图模板而且允许用户自己定制模板。绘图

5、时,只要选择所需要的模板就行。用户可以自定义数学函数、图形样式和绘图模板；可以和各种数据库软件、办公软件、图像处理软件等方便的连接。2.利用origin进行简单绘图2.1二维图的绘制Origin可以画出各种各样的二维图，例如双Y轴图等，下图一是利用origin画出的双Y轴图，其数据见附录一。图一2.2多图层二维图的绘制有时需要在同一绘图空间上绘制更多的曲线以构成更加复杂的图，这些图具有不同的坐标体系、不同的大小、不同的位置，或者一个图形是另一个图形的局部放大，这就需要使用Layer技术，绘制多图层。例如下图二所示的多图层。图二2.3曲线拟合在试验数据处理和对结果进行讨论中，经常需要对实验数据进

6、行线性回归和曲线拟合，来描述不同变量之间的关系，找出相应函数的系数，建立经验公式或数学模型。如图三、图四所示的曲线拟合。图三图四2.4三维图的绘制 在进行数据分析时，有时为了更好的反应各个变量之间的关系，需要绘制三维的图形，origin提供了许多绘制三维图形的方法，如图五通过将工作表转换成矩阵表的方法绘制的三维图。图五二、利用origin软件设计平面电磁波1、平面电磁波模型的建立1.1电磁场波动方程 一般情况下，电磁场的基本方程是麦克斯韦方程组： E=-Bt H=Dt+J （1） D= B=0在没有电荷电流分布的自由空间或均匀的绝缘介质中的电磁场在自由空间中，电场合磁场互相激发，电磁场的运动规

7、律是齐次的麦克斯韦方程组。即：E=-BtH=Dt （2） D=0 B=0在真空中，D=0E，B=0H，取(2)中的第一式的旋度并利用第二式得: E=-tB=-002Et2 （3）用矢量分析公式及E=0得： E=E-2E=-2E （4）将(4)式代入(3)式得电磁场E的偏微分方程： 2E-002Et2=0 （5） 同理，将(2)式中的电场消去可得磁场B的偏微分方程：2B-002Bt2=0 （6） 式(5)和(6)称为电磁场的波动方程，它的解是各种形式的电磁.1.2亥姆霍兹方程： 电磁波以一定频率作正玄振荡时，称为时谐电磁波。现在由傅里叶分析方法得一定频率的电磁波的复数形式：Ex,t=Ex-t B

8、x,t=Bx-t （7） 在时谐的情况下，又由D=H，B=H，将7式代入2式，消去-t得麦克斯韦方程组： E=H H=-E （8） E=0 H=0取第一式旋度并利用第二式得： E=2E （9） 由旋度公式可将9式变为： 2E+k2E=0 （10）上式(10)即为亥姆霍兹方程，其中k=。1.3平面电磁波 电磁波按激发和传播条件的不同场强Ex可以有各种形式，现在设电磁波沿x轴方向传播，其场强在与x轴正交的平面上各点具有相同的值，即E和B仅与x,t有关，而与y,Z无关，这种电磁波称为平面电磁波，其波阵面为与x轴正交的平面，此时的亥姆霍兹方程（10）式化为： 2x2Ex+k2Ex=0其中的一个解为：

9、Ex=E0ikx由（7）式可得时谐平面波场强的全表示式为： Ex,t=E0eikx-t （11） 现在让电磁波的传播方向沿x轴，即可得到在一般坐标系下的平面电磁波的表达式: Ex,t=E0eikx-t2、利用origin软件画平面电磁波的三维图形根据建立的平面电磁波的模型，使用matlab编辑程序，导出数据，在使用origin软件建立电磁波沿x轴传播的图形：图六三、利用origin软件设计介电弛豫过程1、介电弛豫和介质损耗因为电介质的极化强度是电子位移极化、离子位移极化和固有偶极矩取向极化三种极化机制的贡献，当电介质开始受到静电场作用时，要经过一段时间后，极化强度才能达到相应的数值，这个现象称

10、为极化弛豫，所经过的这段时间称为弛豫时间。电子位移极化和离子位移极化的弛豫时间很短，取向极化的弛豫时间较长，所以极化弛豫主要是取向极化造成的。当电介质受到交变电场的作用时，由于电场不断在变化，所以电介质中的极化强度也要跟着不断变化，即极化强度和电位移均将随时间作周期性的变化。如果交变电场的频率足够低，取向极化能跟得上外加电场的变化，这时电介质的极化过程与静电场作用下的极化过程没有多大的区别。如果交变电场频率足够高，电介质中的极化强度就会跟不上外加电场的变化而出现滞后，从而引起介质损耗。由资料得介质损耗与电场强度的频率、温度以及极化机制等有关系。2、介电损耗的与温度、电场强度的频率的关系的模型建

11、立2.1 Cole-cole模型理论Cole-cole模型原本是Cole兄弟模拟电解质的介电性质与1941年提出来的，20世纪70年代W.H.pelton通过大量的实验得出Cole-cole模型非常适合描述复电阻率的行为，将该模型运用到介电损耗与温度、频率的关系中时，表达式如下：tan=Tsin21+2+2cos2 =0expUkBT 式中：=s，其中s=10左右 ：弛豫强度； ：是衰减函数，其范围在01之间； 0=8.4410-12s; U=0.84V; kB :玻耳兹曼常数，kB=1.3810-23JK2.2利用Oringin软件绘图 根据上述建立的介电损耗和频率、温度的模型，现假设在频率

12、为10kHz的情况下，绘制损耗和温度的二维图。首先在C语言软件中编辑上述的模型，源程序见附录，将参数设为0.80，设为5666，设为10kHz，运行程序，得到的数据导出到origin中，在origin中全选刚刚导入的数据，点击Plot中的Symbol按钮，即可画出损耗tan和温度T的关系如图，四、利用origin软件设计介电性能与温度、频率的三维关系 根据上面建立的介电损耗与温度、频率的模型，及在C语言中编辑的程序。现在稍加修改该程序，使该模型可使用于任一的频率，修改后的源程序见附录。参数设为0.80，设为5666，然后运行程序，导出数据到origin，全选数据，点击Plot3D Symbol

13、/Bar/Vector3D Scatter,即可得到介电损耗与温度、频率的三维关系，在改变图中的坐标参数得到如下图：课程设计总结、感想通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关Origin方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。 过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多

14、问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！ 课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我熟悉了Origin；了解了它的操作方法。我认为，在这学期的实验中，

15、不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。 回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。 实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。 此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。