螺线管磁场(纯HTML:参数面板 + 3D交互)

本版更新:
1)方向箭头颜色=该点的|B|颜色(与点云一致),不再一片白;
2)“自动计算域”的 margin 允许为负:可只看内腔/中间区域,避免外圈“最暗点”干扰;
3)新增“显示阈值”:可过滤掉低场点,让色标更聚焦于你关心的区域。

几何参数(单位:mm)

推导值
线圈长度 L ≈ -
外半径 R_out ≈ -
总匝数 N = -
安匝 NI = -

电流与磁场显示/计算域

例:0.2 表示只显示 ≥ 20%·Bmax 的点(过滤外圈暗点)
点越多越慢(建议总点数 < 4000)
箭头越多越清晰,但也更卡(建议 < 700)
精度/性能(展开)
精度关键:seg_per_turn_field 越大越准但越慢;建议先用 30~60 调试,最后再增大。

操作

状态:等待计算…

中心磁场(r=0,z=0)

Bx = -
By = -
Bz = -
|B| = -
轴线上最大值检查(帮助判断“中心是不是最大”)
轴线上最大 |B| 出现在 z = -,值 = -
注:这是只在 r=0 轴线上搜索(不会被“靠近导体的巨大|B|”影响)。
对照(sanity-check):
B_long ≈ μ0·(N/L)·I(长螺线管近似)
B_finite_sheet(有限长度薄电流片近似)
B_long ≈ -   B_finite_sheet ≈ -
使用方法 / 计算原理 / 注意事项
使用方法
1)左侧设置线圈参数与电流。
2)建议保持“自动计算域”勾选:R≈R_out+marginL≈L_coil+2·margin
- margin 可为负:例如内径很大时,只想看等离子体柱附近(小半径区域),就把 margin 设成负值,让计算域缩到内腔。
3)如果外圈暗点干扰判断:提高“显示阈值”(比如 0.1~0.3),就会过滤掉低场点并让色标更聚焦。
4)点“重新计算/更新图像”。右侧用鼠标旋转/缩放/平移。
5)点“显示/隐藏 方向箭头”可叠加方向。箭头颜色与点云同色标(表示 |B|)。

计算原理(物理)
- 使用 Biot–Savart 定律:dB = (μ0 I / 4π) · (dl × r) / |r|^3
- 将螺旋线圈中心线离散成许多小线段,对每段求贡献并矢量相加得到总磁场。
- 导体“空心ID”只用于几何显示(水冷通道),磁场计算采用“线电流”模型。

注意事项
- 适用:直流/低频磁静场、空气/真空环境(μ≈μ0)。
- 不含:铁磁材料、涡流、引线/跨层真实过渡导线(需要可继续加)。
- 常见误解:全空间最大 |B| 通常在靠近导体处,而不是中心;如果你关心等离子体轴心,重点看“轴线上最大值检查”和 r 小范围内的场分布。
提醒:如果你把线圈半径做得很大而长度较短,中心场会明显变小(这是几何决定的)。对 helicon 设计,通常更关心“等离子体柱附近(小 r)”的轴向场强与梯度。