从电路到电磁场

《从电路到电磁场》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、从电路到电磁场发布时间：2014-02-2723:10:05 推荐到论坛前言        2013年11月在msOSQQ(291235815)群中即兴讲解了电磁场，之后整理成博客“看得懂的电磁场理论”在相关电子门户网站发表，获得很多网友好评，也有不少网友提出一些质疑，更有一些专门加入msOS群中参与交流讨论。         “看得懂的电磁场理论”还存在一些问题，本人当时也没有理解透彻，尤其是电磁场理论如何解释低频甚至是稳恒直流电路，自己似乎知道，但又讲不清楚，很是苦恼，所以当时是回避了这些问题，长期以来这些苦恼时时让我去思考，可以说从接触电磁场到今天有十多年时间，经常在思考这

2、个东西，想着从一些简单的，显而易见的常识入手感性认知，而不是通过数学去死记，因为数学同样的回避了太多问题，不够形象，也或者说，我们本身对一些基础概念的认知就出错了，被经典电路概念所困住了导致似是而非。         发表之后到现在快半年了，这半年来经常跟网友沟通讨论，也请教了一些前辈，尤其是当面请教了兰州大学微波、天线专家张金生教授，张教授是老一辈无线电物理专家，长期从事微波、天线研究，张教授亲自看了上篇文章，基本上认同，但也指出了一些缺陷，同时纠正了一个基本概念，而这个概念的纠正直接导致今天的这篇文章出现。         今天虽然说理解的更多更准确了，但不敢说都理解对了，只

3、能说错误更少了一些，还请大家继续斧正。直流电         长期以来，我们了解电路是从回路开始的，以直流稳恒回路为例，电池把化学能转换成电能，电能通过导线传递到负载上，如下图：         电池中，化学能把电子从一极移向另一极，缺少电子一极为正极，获得电子一极为负极，两端形成了电势差（Vdc），也就存在了电场，方向从正极指向负极，化学能要驱动电子克服这个电场从正极移动到负极，电池内部的电流移动跟电场方向相反。         传统对于电子的理解是带负电荷量为e的一个实体，往往指起本身，但是，这个理解是不够准确的，电子除了本身，还应该包括它激发的负电场，电子与电子等作用，根本

4、上是它们各自激发的电场与电场的作用。举个例子一块砖头从天空加速掉下来，是这块砖头激发的引力场与地球的引力场之间的作用导致砖头掉下来的，电子也是这个概念。所以对电子的认知，以前都是基于它的实体认知，现在更多的可以基于它激发的电场来认知，两者是等价的，但基于电场的认知，有助于理解高频、电磁场。         当用导线连接电池与负载构成一个电路回路，假设为理想导线，内阻为0，则导线跟所连接的正负极等电势，于是在导线之间也形成了电场，负载两端也有这个电势差（Vdc），所以负载内部也有电场。         很多人可能对于导线之间的电场无法理解，因为以前很少有提到的，所以往往无视，这是重

5、点指出的。我们换一种思维想这个问题，把正负极之间的两根导线看作是一个电容，这个电容两端接在电源上，那么就很好理解了，这个电容被充电了，正负两端就集聚了正负电荷，两极之间就充满了电场，红色矩阵表示正极导线，绿色矩阵表示负极导线，里面的颜色表示内部的电荷分布，要靠近两电极边缘，这样保证导体整个形成等势体，理想导体内部是没有电场的，因为是等势体。         就电池单独来讲，刚开始时，电池两端电压为0V，化学能搬移电子从正极到负极，当两极电子集聚或减少的的越来越多的时候，电势差越来越大，以镍氢电池为例，当达到1.2V时，就不再增长，因为这个化学能中Ni转变为Ni离子最大的电动势就是

6、1.2V。所以当电极两端达到1.2V之后，两极电场就阻值了化学能继续反应。         当电池两端连接了理想导线和负载之后，理想导线要跟两极等电势，所以从电极上获得电荷，跟正极接的导线失去电子获得正电荷，负极接的导线获得电子也就是获得负电荷，这样两导线因为获得不同电荷，之间形成电压差，也就是电池电压，这个电压加在负载R上，对负载R内的自由电子做功，碰撞负载R内的原子发热，类似于电子管里的电子从阴极飞到阳极。之后通过导线回到电池内部，被化学能克服电场重新搬移到正极开始下一轮的循环。         这儿反复强调，理想导体是等电势，所以内部没有电场。电子在理想导体中移动因为没有受

7、到电场力的作用，所以整体均匀上讲，是匀速运动的，这个电子也可以分布在导体内任何位置移动。         这里举一个形象的实际例子，吊车把地面的石头举起来，石头克服地球引力（等价于电池），之后平行搬移到另外一个地方（理想导线），放下石头（对负载做功发热），再把它平移回来（理想导线）。直流电模型中，整个回路的电子都可以理解为匀速移动的，两根导线中因为不受力，所以匀速，电池中，化学能抵消电场力，所以匀速，负载中，电子与原子的碰撞发热与电场力抵消，所以匀速。         理想导体，