电磁场理论大班第２讲 基于麦克斯韦方程认识应用实际问题---静态电磁场.ppt

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1、潘锦二○一二年二月二十七日电磁场理论大班授课第二讲基于麦克斯韦方程认识应用实际问题---静态电磁场电子科技大学2认识电磁问题的基本出发点和强制条件出发点Maxwell方程组条件本构关系边界条件23分类认识电磁问题静态电磁场电磁波按时间变化情况34出发点Maxwell方程组条件本构关系边界条件静态电磁场问题特点：电场和磁场独立45分类认识静态电磁场问题静态电场按场的类型静态磁场56出发点Maxwell方程组条件本构关系边界条件静态电场问题按电荷静止或运动情况分类静电场恒定电流场静止任意匀速运动有限67出发点Maxwell方程组条件本构关系边界条件静态（恒定）磁场问

2、题78静态电场问题按电荷静止或运动情况分类静电场恒定电流场静止任意匀速运动有限89面对的问题？分析方法？典型应用？关联的一般性物理问题？910面对的问题:存在什么源？在何媒质环境中？有何突变边界？分析方法？典型应用？关联的一般性物理问题？10112.边界条件（一般性问题）微分形式：本构关系：1.基本方程（一般性问题）积分形式：或静电场的基本方程和边界条件3.按媒质分类的两类问题（特殊性问题）理想介质：存在导体：1112介质2介质1导体内部的电场为零或理想介质情况导体情况界面两侧场矢量的方向关系介质表面的自然边界条件静电平衡导体表面的边界条件导体介质1213面对的

3、问题！分析求解方法：已有方法及其适用范围？利用静电场的特性，研究新方法及其优越性？典型应用？关联的一般性物理问题？1314由称为静电场的标量电位函数或简称电位。1.电位函数的定义电位函数优越性：求矢量函数的问题转化为求标量函数的问题1415求2.电场强度与电位函数的关系已知已知求如何求出电位函数？1516在均匀介质区域中，有3.电位的微分方程在无源区域，标量泊松方程拉普拉斯方程介质2介质1电荷区16174.利用电位求无限大均匀媒质空间中的问题介质点电荷源情况：17184.利用电位求无限大均匀媒质空间中的问题(续)任意电荷源情况：(元电荷产生电位的迭加）体分布电荷

4、源面分布电荷源线分布电荷源18195.利用电位求存在不同媒质空间中的问题导体表面边界面两理想介质分界面（无外加自由电荷）静电位的边界条件(任意静电场情况)实际问题中典型的静电场情况19206.由电位函数引出的经典物理量电压（电位差）P、Q两点间的电位差电场力对单位正电荷做的功问题：选择不同的积分路径会改变电压的计算结果吗？2021面对的问题！分析求解方法！典型应用：静电感应静电屏蔽电容关联的一般性物理问题？2122电容器在实际问题中的作用：导体系统的电容与部分电容典型的有利作用：储能、滤波、移相、隔直、旁路、选频等典型的不利作用：电容耦合系统和部件产生的电磁兼容

5、问题22231.电容孤立导体的电容两导体所组成电容器的电容*多导体系统中导体两两间形成部分电容2324导体系统的结构、尺寸、形状和其周围的电介质与导体的带电量和电位绝对大小无关决定电容量大小的因素2425假定导体/两导体带电荷q/±q求导体/两导体间的电位/电压方法一：求解电容量的方法（利用与导体的带电量和电位无关）方法二：按定义求得电容假定导体/两导体的电位/电压求导体表面所带电量q2526面对的问题！分析求解方法！典型应用!关联的一般性物理问题:静电场的能量电容的储能2627静电场能量的分布空间静电场具有能量的实验证据静电场的能量27281.静电场的能量通过

6、电位计算体分布电荷情况面分布电荷电容器的储能——第i个导体所带的电荷——第i个导体的电位式中：28292.电场能量密度电场能量密度：电场的总能量：积分区域为电场所在的整个空间对于线性、各向同性介质，则有通过电场分布计算2930静态电场问题按电荷静止或运动情况分类静电场恒定电流场静止任意匀速运动有限3031面对的问题？分析方法？典型应用？关联的一般性物理问题？3132面对的问题:存在什么源？在何媒质环境中？有何特殊现象？边界有何物理量的突变？分析方法？典型应用？关联的一般性物理问题？3233什么情况下会产生恒定电流场的问题？导电媒质中存在电场的时候！3334出发点

7、Maxwell方程组条件本构关系边界条件静态电场问题34352.边界条件（一般性问题）微分形式：本构关系：1.基本方程（一般性问题）积分形式：或3.按媒质分类的两类问题（特殊性问题）导电媒质：存在介质：恒定电场的基本方程和边界条件均匀导电媒质中存在净电荷？3536导电媒质情况存在介质情况界面两侧场矢量的方向关系分界上两侧的边界条件界面上两侧场量的特殊性导体介质导电媒质2导电媒质1面电荷？导体是等位体？有限36373738面对的问题！分析方法：哪些方法最适合？典型应用？关联的一般性物理问题？3839什么情况下会产生恒定电流场的问题？导电媒质中存在电场的时候！分析解

8、决问题的关键是求电场强度