电磁场中的基本物理量和实验定律

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1、13.1电荷与电荷分布3.2电流与电流分布3.3电流连续性方程3.4电场强度库仑定律3.5安培力定律和磁感应强度主要内容第3章电磁场中的基本物理量和基本实验定律23.1电荷与电荷分布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。电荷电流电场磁场（运动）源量为电荷和电流，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。3•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

2、)通过油滴实验，精确测定电子电荷的量值为e=1.60217733×10-19(单位：C)确认了电荷的量子化概念。换句话说，e是最小的电荷，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的集合，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。41.电荷体密度单位：C/m3(库/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中的总电荷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

3、布电荷、线分布电荷5若电荷分布在薄层上，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/米2)如果已知某空间曲面S上的电荷面密度，则该曲面上的总电荷q为6若电荷分布在细线上，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。线分布的电荷可用电荷线密度表示。3.电荷线密度如果已知某空间曲线上的电荷线密

4、度，则该曲线上的总电荷q为单位:C/m(库/米)7对于总电荷为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、电荷为q的点电荷。点电荷的电荷密度表示4.点电荷8例1某一电子束，其电荷体密度C/m3r为圆柱系统的径向坐标。试求z轴上单位长度内两平行平面所构成的体积空间中的电荷量。解：取体积元93.2电流与电流密度说明：电流通常是时间的函数，不随时间变化的电流称为

5、恒定电流，用I表示。存在可以自由移动的电荷;存在电场。单位:A（安）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，即形成电流的条件：10电荷在某一体积内定向运动所形成的电流称为体电流，用电流密度矢量来描述。单位：A/m2（安/米2）。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布状态。1.体电流流过任意曲面S的电流为体电流密度矢量正电荷运动的方向11即电流（I或i）可定义为电荷流

6、动场中电流密度矢量在某一面积上的通量。体积空间中某点的电流密度同该点的电荷密度、电荷运动速度之间的关系如何呢？垂直于取面积元，设时间内流动的距离为，则如图所表示的柱形体积元的电荷在时间内全部通过面积元，故电流为则面积处的或者12如果某体积空间内含有几种不同类型的运动电荷，其电荷体密度为，运动速度为，则空间某一处的电流密度应为132.面电流电荷在一个厚度可以忽略的薄层内定向运动所形成的电流称为面电流，用面电流密度矢量来描述其分布面电流密度矢量d0单位：A/m（安/米）。正电荷运动的方向面电流密度与面电荷密度及电荷运动

7、速度之间的关系为14通过薄导体层上任意有向曲线的电流为当已知表面电流线密度矢量时，在表面S上任取一个有向线元，则穿过的电流可表示为153.线电流模型电流在一个横截面积可以忽略的细线中流动所形成的电流称为线电流。长度元中流过电流I，将称为电流元。163.3电流连续性方程（电荷守恒定律）在体电流空间中任取一个闭合面S，S所围的体积为，电荷体密度为。由电流密度的定义可知，单位时间内由S面流出的电荷（电流为）又由散度定理得根据电荷守恒定律，单位时间内流出闭曲面S的电流等于体积内单位时间所减少的电荷量,即,故得此即电流连续性

8、方程的积分形式。所以17当我们研究恒定电流场时，要维持电流不随时间改变，就要求电荷在空间分布也不随时间改变。即和不是时间的函数，因此对恒定电流场有此即电流连续性方程的微分形式。181.库仑（Coulomb）定律(1785年)真空中静止点电荷q1对q2的作用力:，满足牛顿第三定律。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；3.4库仑定律电场强度方向