电磁运动的基本规律chapter1.ppt

三、能量密度与能流密度矢量 1、能量密度 带电体能量的增加率 电磁场能量 减少率 因此 w 为单位体积的能量 --- 能量密度。 单位体积能量的增加率 称为能流密度矢量（玻印亭矢量）它表示单位时间、垂直通过单位面积的能量，用来描述能量的传播。 均匀各向同性线性介质中的能量密度 四、电磁场能量守恒公式 电磁场单位时间对带电粒子做的功等于V 内电磁场能量的减少率与单位时间流入V 内的电磁能量之和。 对于全空间电磁场对带电体做功的功率恒等于电磁场能量的减少率。 电磁场能量守恒的微分形式 电磁场能量守恒的积分形式 V 电磁场的能量不在导体中传输而是在场中传输。 电路中，系统的能量包括导线内电子运动的动能和导线周围空间中的电磁场能量。 J E S H 五、电磁场能量的传输 即动能很小 导线内电流与周围空间的电磁场相互制约，使电磁能量在导线附近的电磁场中沿一定方向传输，并有部分能量进入导线内变为焦耳热损耗 例 同轴传输线内导线半径为 ，外导线半径为 ，两导线间为均匀绝缘介质，导线载有电流 ，两导线间的电压为 。 忽略导线电阻，计算介质中的能流密度和传输功率； 计及内导线的有限电导率，计算通过内导线进入导线内的能流，证明它等于导线的损耗功率。 解 (1) 得 在紧贴内导线表面的介质内，电场除有 外，还有 因此，能流除有 外，还有 流入长为 的导线内的功率 (2) 设内导线电阻率为 ，则导线内有电场 （3）预测空间电磁场以电磁波的形式传播 在电荷、电流为零的空间（称为自由空间） 电磁波 （4）方程通过电磁感应定律及位移电流假设导出，其正确 性已由实验验证。 电场与磁场之间的相互激发可以脱离电荷和电流而存在。电场与磁场相互联系，相互激发，时间上周而复始，空间上交链重复，这一过程预示着波动是电磁场的基本运动形式。 Maxwell的这一预言在他去世（1879年）后不到10年的时间内，由德国科学家Hertz通过实验证实。从而证明了Maxwell的假设和推广的正确性。 六、洛伦兹力公式 洛伦兹假设上述公式对变化电磁场仍然成立，近代物理实验证实了该式的正确。 对于运动点电荷 力密度 §1.4 介质的电磁性质 一、介质的极化和磁化 介质：介质由分子组成，分子内部有带正电的原子核及核外电子，内部存在不规则而迅变的微观电磁场。 宏观物理量：我们仅讨论宏观电磁场，用介质中小体元内大量分子的平均值表示的物理量称为宏观物理量（小体元在宏观上无限小，在微观上无限大）。在没有外力场时，介质内宏观电荷、电流分布不出现，宏观场为零。 分子分类 (2) 无极分子：无外场时，正负电荷中心重合，无分子 电偶极矩，也无宏观电矩。 (3) 分子电流：介质分子内部电子运动可以认为构成微 观电流。无外场时，分子电流取向无规，不出现宏观电流分布。 (1) 有极分子：无外场时，正负电荷中心不重合，有分 子电偶极矩。但固有取向无规，不表现宏观电矩。 介质的极化和磁化 极化使介质内部或表面上出现的电荷称为束缚电荷。 介质的极化：介质中分子和原子的正负电荷在外加电场力的作用下发生小的位移，形成定向排列的电偶极矩；或原子、分子固有电偶极矩不规则的分布，在外场作用下形成规则排列。 介质的磁化：介质中分子或原子内的电子运动形成分子电流，微观上形成不规则分布的磁偶极矩。在外磁场力作用下，磁偶极矩定向排列，形成宏观上的磁偶极矩。 传导电流：介质中可自由移动的带电粒子，在外场力作用下，导致带电粒子的定向运动，形成电流。 二、介质存在时电场的散度和旋度方程 1、极化强度 2、极化电荷密度 介质1 pi = p P = n p 由于极化，分子或原子的正负电荷发生位移，体积元内一部分电荷因极化而迁移到的外部，同时外部也有电荷迁移到体积元内部。因此体积元内部有可能出现净余的电荷（又称为束缚电荷）。 （1）线性均匀介质中，极化迁出的电荷与迁入的电荷相等，不出现极化电荷分布。 （2）不均匀介质内或由多种不同结构物质混合而成的介质内，可出现极化电荷。 （3）在两种不同均匀介质交界面上的一个很薄的层内，由于两种介质的极化强度不同，存在极化面电荷分布。 3、电位移矢量的引入 存在束缚电荷的情况下，总电场包含了束缚电荷产生的场，一般情况自由电荷密度可知，但束缚电荷难以得到(即使实验得到极化强度,他的散度也不易求得)为计算方便，要想办法在场方程中消掉束缚电荷密度分布。 它仅起辅助作用并不代表场量。它在具体应用中与电场强度的关系可由实验或计算来确定。 4、电场的散度、旋度方程 引入电位移矢量 三、介质存在时磁场的散度和旋度方程 1、磁化强度 2、磁化电流密度（矢量） mi=m M=n m