电磁场的个基本量.ppt

第一章 电磁场与电磁波 §1.1 电磁场的四个基本量 §1.2 电磁场的基本方程 §1.3 电磁场的媒质边界条件 §1.4 电磁场能量 §1.5 时变电磁场与电磁波 §1.6 依据电磁场理论形成的电路概念 需要明确的几点 描述电磁场基本量有四个：电场强度，电通密度矢量，磁感应强度，磁场强度。 Maxwell方程是揭示宏观电磁场规律的基本方程。 对于电磁场规律的认识过程：始于对电磁现象的认识，对于电磁相互作用规律的实验总结，进而确立电磁场的概念，建立电磁场变化满足的方程。 电子和通信工程专业应侧重于时变电磁场的学习。 §1.1电磁场的四个基本量 一、电场强度 二、用场的方法分析电场 三、介质极化与电通密度矢量 四、磁场与磁通密度矢量 五、用场的方法分析磁场 六、介质磁化与磁场强度 本节提示 从电磁现象和电磁相互作用（力）开始认识电磁场，电磁场的描述和电磁相互作用密切相关。 从场的角度分析电磁场。 本节除介绍四个基本量以外，同时介绍其它一些辅助量。 一、电场强度 我们通过电荷之间的相互作用认识到电场的存在的。库仑定律是阐述两个电荷相互作用的实验规律。从库仑定律说起，介绍电场强度的定义。 1.1库仑定律 库仑定律（Coulom‘s Law）是静电现象的基本实验定律， 它表明固定在真空中相距为r的两点电荷q1与q2之间的作用力：正比于它们的电荷量的乘积；反比于它们之间距离的平方；作用力的方向沿两者间的连线；两点电荷同性为斥力，异性为吸力。 库仑力的特点 库仑力大小与相对距离有关系（平方反比）； 库仑力大小与电荷电量有关系（成正比）； 库仑力作用方向在电荷连线上且和两电荷属性有关。 库仑力具有非接触的分布特性。 1.2 理论解释和电场强度的定义 根据库仑力的特点，q受到电荷Q的相互作用的物理本质解释为：Q激发一种称为静电场的物质，静电场对q产生力的作用。 电场强度 电场强度（Electric Field Intensity）定义为电场分布区域中单位正电荷所受到的电场力。 电场强度是一个矢量，和受力电荷大小和属性是没有关系的，所以它是一个描述电场的量。 电场强度单位是伏特/米，也等于牛顿/库仑。 静止点电荷的电场强度表达式可由库仑定律导出。 真空中的介电常数。 场点和源点 1.3 离散分布电荷体系静电场 根据场的叠加原理，当空间中同时有多个点电荷时，场点的电场等于点电荷在该点产生的电场强度的矢量和， 即 电偶极子的电场表达式 1.4 连续分布电荷体系 电荷分布 点电荷模型是假设电量集中在一个点上， 从宏观的角度讲， 电荷是连续的分布在一段线上、 一个面上或一个体积内的。 电荷分布描述电荷密度 体密度、面密度和线密度 电荷密度 体电荷密度（Charge Volume Density）：如果电荷分布在一个体积空间内，定义体电荷密度为单位体积内的电荷。 面电荷密度（Charge Area Density）：当电荷分布在一个表面上时， 定义面电荷密度为单位面积上的电荷。 线电荷密度（Charge Line Density）： 当电荷分布在一细线（其横向尺寸与长度的比值很小）上时， 定义线电荷密度为单位长度上的电荷。 连续分布电荷体系的电场 连续分布的区域——分割为无限各微小微元（体元、面元和线元）——把每个微元看成点电荷——连续分布体系等效为无限个点电荷组成的离散分布体系， 连续分布电荷体系的电场积分公式 【例1-1】 有限长直线l上均匀分布着线密度为 ρl的线电荷, 如图1-2所示， 求线外一点的电场强度。 【例1-2】一均匀带电无限大平面，电荷面密度 （库每米平方），求平面前距离为 的 点处的电场强度。 二、用场的方法分析电场 已知电场分布，分析其通量、散度、环量和旋度。 2.1 高斯定律 2.2 静电场的散度 2.3 静电场的环量和旋度 2.4 电势函数 2.1 高斯定律 点电荷通过以电荷为中心球面的通量 包含点电荷的任意曲面 不包含点电荷任意曲面的通量 一般情况 静电场条件下，静电场通过某一闭合曲面的通量等于曲面内电荷的总量与介电常数的比值。这也是所谓的高斯定律。 高斯定律的讨论 高斯定律与库仑定律有本质上的一致性，高斯定律可由库仑定律导出。但高斯定律本身是标量方程，是用场的数学语言来表述电场。 高斯定律容易推广到时变形式。 应用高斯定律可以使求解场的问题变得简单，但这是有条件的，即场的分布要具有某种对称性。 2.2 静电场的散度 不考虑介电常数，静电场的散度等于电荷空间分布密度。说明电荷是静电场的标量性源（发散性源）。 2.3 静电场的环量和旋度