第二章电磁场的基本规律.pptx

1 2 2.1 电荷守恒定律 2.2 真空中静电场的基本规律 2.3 真空中恒定磁场的基本规律 2.4 媒质的电磁特性 2.5 电磁感应定律 2.6 位移电流 2.7 麦克斯韦方程组 2.8 电磁场的边界条件 本章讨论内容 3 2.1 电荷守恒定律 本节讨论的内容：电荷模型、电流模型、电荷守恒定律 电磁场物理模型中的基本物理量可分为源量和场量两大类。 源量为电荷q ( r，t )和电流 I ( r，t )，分别用来描述产生电磁效应的两类场源。电荷是产生电场的源，电流是产生磁场的源。 4 • 电荷是物质基本属性之一。 • 1897年英国科学家汤姆逊(J.J.Thomson)在实验中发现了电子。 • 1907－1913年间，美国科学家密立根(R.A.Miliken)通过油滴实验，精确测定电子电荷的量值为 e =1.602 177 33×10-19 (单位：C) 确认了电荷量的量子化概念。换句话说，e 是最小的电荷量，而任何带电粒子所带电荷都是e 的整数倍。 • 宏观分析时，电荷常是数以亿计的电子电荷e的组合，故可不考虑其量子化的事实，而认为电荷量q可任意连续取值。 2.1.1 电荷与电荷密度 5 1. 电荷体密度 单位：C/m3 (库仑/米3 ) 根据电荷密度的定义，如果已知某空间区域V中的电荷体密度，则区域V中的总电量q为 电荷连续分布于体积V内，用电荷体密度来描述其分布 理想化实际带电系统的电荷分布形态分为四种形式： 点电荷、体分布电荷、面分布电荷、线分布电荷 6 若电荷分布在薄层上的情况，当仅考虑薄层外，距薄层的距离要比薄层的厚度大得多处的电场，而不分析和计算该薄层内的电场时，可将该薄层的厚度忽略，认为电荷是面分布。面分布的电荷可用电荷面密度表示。 2. 电荷面密度 单位: C/m2 (库仑/米2) 如果已知某空间曲面S上的电荷面密度，则该曲面上的总电量q 为 7 在电荷分布在细线上的情况，当仅考虑细线外，距细线的距离要比细线的直径大得多处的电场，而不分析和计算线内的电场时，可将线的直径忽略，认为电荷是线分布。 3. 电荷线密度 如果已知某空间曲线上的电荷线密度，则该曲线上的总电量q 为 单位: C/m (库仑/米) 8 对于总电量为 q 的电荷集中在很小区域 V 的情况，当不分析和计算该电荷所在的小区域中的电场，而仅需要分析和计算电场的区域又距离电荷区很远，即场点距源点的距离远大于电荷所在的源区的线度时，小体积 V 中的电荷可看作位于该区域中心、电量为 q 的点电荷。 点电荷的电荷密度表示 4. 点电荷 9 2.1.2 电流与电流密度 说明：电流通常时时间的函数，不随时间变化的电流称为恒定 电流，用I 表示。 形成电流的条件： 存在可以自由移动的电荷 存在电场 单位: A （安培） 电流方向: 正电荷的流动方向 电流 —— 电荷的定向运动而形成，用i 表示，其大小定义为： 单位时间内通过某一横截面S的电荷量，即 10 单位：A/m2 。 一般情况下，在空间不同的点，电流的大小和方向往往是不同的。在电磁理论中，常用体电流、面电流和线电流来描述电流的分别状态。 1. 体电流 流过任意曲面S 的电流为 11 2. 面电流 单位：A/m。 12 2.1.3. 电荷守恒定律（电流连续性方程） 电荷守恒定律:电荷既不能被创造，也不能被消灭，只能从物体 的一部分转移到另一部分，或者从一个物体转移 到另一个物体。 电流连续性方程 积分形式 微分形式 流出闭曲面S的电流等于体积V内单位时间所减少的电荷量 恒定电流的连续性方程 恒定电流是无源场，电流线是连续的闭合曲线，既无起点也无终点 电荷守恒定律是电磁现象中的基本定律之一。 13 2.2 真空中静电场的基本规律 1. 库仑（Coulomb）定律(1785年) 2.2.1. 库仑定律 电场强度 静电场：由静止电荷产生的电场 重要特征：对位于电场中的电荷有电场力作用 真空中静止点电荷 q1 对 q2 的作用力: 大小与两电荷的电荷量成正比，与两电荷距离的平方成反比； 方向沿q1 和q2 连线方向，同性电荷相排斥，异