§1.6电磁场能量和能流EnergyandEnergyFlowof.ppt

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1、§1.6电磁场的能量和能流EnergyandEnergyFlowofElectromagneticField能量转换和守恒电磁场能量密度和能流密度电磁能量的传输1、能量转化与守恒能量：物质运动强度的量度，表示物体做功的物理量。主要形式：机械能、热能、化学能、电磁能、原子能。能量守恒与转化：能量在不同形式之间可以相互转化，但总量保持不变。电磁能的特点：电磁场作为一种物质，具有能量和动量，电磁场弥散于全空间，电磁能也应弥散于全空间。认识一种新物质的能量从能量转化入手热能：从机械能转化认识热能并得到热能的量度。电

2、磁能：从电磁场对带电体系做功来认识电磁能。考虑一定区域中电磁场力对其中“自由”荷电物质作功，此功将转变成“自由”荷电物质的机械能，根据能量守恒的信念，应该有场对物质作功场能量的增加流入区域的能量把场力作功表达成电磁场量，就可能获得场能量的合理表达式(1)场的能量密度：单位体积的能量(2)场的能流密度：单位时间垂直流过单位横截面的能量场对电荷所作的功为：V内场的能量增加率为：场对电荷单位时间所作的功为(功率)：通过界面S流入V内的能量为：能量守恒定律2、能量密度和能流密度带电体受电磁场的洛伦兹力(力密度)利用能流密

3、度：能量密度变化率：Poynting矢量讨论：(１)真空中电荷分布(２)介质内的电磁能量和能流自由电荷束缚电荷电磁场动能或焦耳热极化能或磁化能、介质损耗介质中场能量的改变：线性介质：3、电磁能量的传输电子运动的能量并不是供给负载上消耗的能量例：同轴传输线内导线半经为a，外半经为b，两导线间为均匀绝缘介质．导线载有电流Ｉ，两导线间的电压为Ｕ．（１）忽略导线电阻，计算介质中的能流和传输功率；（２）计及内导线的有限电阻率，计算通过内导线表面进入导线的能流，证明它等于导线的损耗功率．解：（１）电磁场能量沿导线传输（２）在

4、导线内：在导线内表面：14.内外半径分别为a和b的无限长圆柱形电容器，单位长度荷电为　　，极间填充电导率为　　的非磁性物质．（1）证明在介质中任何一点传导电流与位移电流严格抵消，因此内部无磁场。（2）求（3）求与轴相距为r的地方的能量耗散功率密度（4)求长度为L的一段介质总的能量耗散功率，并证明它等于这段的静电能减少率随时间的衰减规律．解：（1）（２）（３）（４）