电磁场与微波第2章.ppt

《电磁场与微波第2章.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在PPT专区-天天文库。

1、第2章电磁场的基本理论电磁场中的基本物理量和基本实验定律2.1静电场2.2恒定电场2.3恒定磁场2.4时变电磁场2.52－1电磁场中的基本物理量和基本实验定律电量的单位是C（库仑），基本电荷带的电量为电荷分布的四种形式：体电荷，面电荷，线电荷，点电荷2.1.1电荷及电荷密度1.体电荷分布连续分布于一个体积之内的电荷，称为体电荷。体电荷密度定义为2.面电荷分布连续分布于一个几何曲面上的电荷，称为面电荷。面电荷密度定义为3.线电荷分布连续分布于一条线上的电荷，称为线电荷。线电荷密度定义为（长直导线）4.点电荷分布当某一电荷量被想象地集中在一个几

2、何点上时，这样的电荷称为点电荷（正，负点电荷）2.1.2电流及电流密度电荷的宏观定向运动称为电流。常见的电流：沿着导线流动电流密度矢量1.方向：正载流子运动方向,电场方向2.大小：通过垂直于载流子运动方向的单位面积的电流强度反映流过单位面积的电流的大小1.体电流分布电荷在某一体积内定向运动所形成的电流为体电流。表示为2.面电流分布电流在厚度可以忽略的薄层内流动所形成的电流称为面电流。表示为3.线电流分布电荷在一个横截面可以忽略的细线中流动所形成的电流称为线电流。若长度元中流过的线电流为，则称为电流元。2.1.3电场强度和库仑定律1.电场强度

3、E单位正电荷在该点所受的力,即:式中q为试验电荷的电量，F为电荷q受到的作用力。2.库伦定理：受到的作用力为：（两个点电荷的作用力）式中为真空中的介电常数（库仑定律）两个点电荷之间的相互作用力点电荷的电场强度：库伦定理结论：电场强度与点电荷的带电量成正比多个点电荷在某点产生的电场可以利用叠加原理计算体电荷在某点的电场强度面电荷在某点的电场强度线电荷在某点的电场强度2―2静电场静电场：不随时间变化的电场静止电荷的电荷量不随时间变化时，产生静电场1.真空中静电场方程1）高斯定理证明：只有一个点电荷q面元ds对点电荷P所张的立体角ds/R2整个球

4、面对点P所张的立体角为点电荷在闭合面内：点电荷在闭合面外：上下抵消，整个闭合面对P的立体角为0点电荷在闭合面内：点电荷在闭合面外：综合：高斯定理的积分形式高斯定理的积分形式电荷体密度为1）高斯定理物理含义：电场强度通过任一封闭曲面的电通量等于该封闭曲面所包围的电量与真空介电常数之比。2.电场强度在某点的散度等于该点的电荷体密度与真空介电常数之比2）环路定理物理意义：1.在静电场中将单位电荷沿任一闭合路径移动一周，静电力做功为零——静电场为保守场。2.真空中静电场的电场强度的旋度处处为零。由此可见，真空中静电场是有散无旋场保守场对任何静电场，

5、电场强度的线积分都只取决于起点和终点的位置，而与连接起点和终点的路径无关。单位正电荷在电场力的作用下移动一个闭合回路,则电场力对单位正电荷所作的功为零与重力场一致高斯定理的简单应用高斯定理为：++++++++++++例1：一半径为的均匀带电的球面，求球面内外任意点的电场强度高斯定理：解（1）当0R时:+++++选取闭合的柱形高斯面对称性分析：轴对称解+例2利用高斯定理求无限长线电荷在任意点P产生的电场强度。根据静电场的高斯定理：由静电场的高斯定理有等号左边为++++++由静电场的高斯

6、定理有等号左边为高斯面S内的总电荷为于是有3）电位、电位梯度电位（标量）选择场中某点P作为参考零电位点,单位正电荷在电场力的作用下，自该点沿任一条路径移至P点的过程中电场力作的功1.电场线与等位面一定处处保持垂直。2.等位面分布的疏密程度也可表示电场强度的强弱，（规定相邻的等位面之间的电位差保持恒定），那么等位面密集处表明电位变化较快，场强较强。等位面：电位相等的曲面电场线等位面E2.电位梯度()电位：大小等于(dφ/dl)max,方向为使dφ/dl获得最大增量的方向的矢量等位面梯度方向电场强度和电位梯度的关系：1.

7、梯度方向总是垂直于等位面2.电场强度的方向为电位梯度的负方向3.梯度的大小等于电场强度的大小梯度方向电荷的宏观定向运动称为电流导体中的电荷为自由电荷。4）介质极化介质中的电荷不会自由运动，称为束缚电荷。极化：在电场作用下，介质中束缚电荷发生位移的现象P：衡量极化程度实验结果表明，大多数介质在电场的作用下发生极化时，其极化强度P与介质中的合成电场强度E成正比，即式中e称为极化率，它是一个正实数。5）电介质中的高斯定理在介质内部，高斯定理变形为：q为闭合面S中的自由电荷为闭合面S中的束缚电荷令电位移矢量，求得变形为：变形为：介质中的高斯定理：

8、令电位移矢量求得：又：物理意义：介质中穿过任一闭合面的电位移的通量等于该闭合面包围的自由电荷，而与束缚电荷无关。介质中的高斯定理：积分形式：微分形式：物理意义：介质中微分形式的高