电磁场与电磁波教案2(hao)ppt课件.ppt

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1、第二章静电场主要内容库仑定律与电场强度真空中静电场的基本方程电介质中的静电场方程静电场的电位静电场的边界条件导体系统的电容电场能量与能量密度2.1库仑定律与电场强度库仑定律：它表明固定在真空中的两个点电荷之间的作用力，正比于它们的电荷量的乘积，反比于它们之间距离的平方，两个点电荷的相互作用力的方向沿两者间的连线，两个点电荷同性为斥力，异性为吸力。2.1.1库伦定律库仑定律其中电场力服从叠加原理真空中的N个点电荷（分别位于），它们对点电荷（位于）的作用力为qq1q2q3q4q5q6q71.电荷的电量电子电荷量e＝-1.610-19C，带电体的电量是电子电量的正或负整数倍。关于电荷

2、点电荷q体电荷分布，体电荷密度C/m3面电荷分布，面电荷密度C/m2线电荷分布，线电荷密度C/m2.电荷的描述四种电荷示意图库仑定律应用时注意事项这是真空中的点电荷之间的作用力所谓点电荷，指电荷的几何尺寸与电荷间的距离的相对大小相差1%，与电荷所带电量无关库仑定律是实验定律，不是推导出来的1.电场强度的引入：电荷q1对q2的作用力，体现了电场的存在，用电场强度描述电场。2.电场强度的定义：空间一点的电场强度定义为：单位正电荷在该点所受到的电场力。2.1.2电场强度电场强度的定义真空中点电荷q周围的电场强度：真空中，n个点电荷qi（i＝1，2，...，n）在点（x，y，z）产生的场

3、强满足叠加关系：电荷分布如果电荷分布在一个体积内——体电荷如果电荷分布在一个面积内——面电荷如果电荷分布在一线内——线电荷体电荷产生的场强面电荷产生的场强线电荷产生的场强例1均匀带电圆环，带电量为+Q，半径为a，求距圆环的圆心距离为R处的E。r’r+QP2.2.高斯定理高斯定理描述的是通过一个闭合曲面的电场强度的通量与该曲面中的电荷的关系。1.高斯定理的引入立体角在半径为R的球面上任取一个面元dS，构成一个以球心为顶点的锥体，定义：dS对球心所张的立体角dΩ=dS/R2，球面S对球心所张的立体角Ω=S/R2，单位Sr（球面度）。整个球面对球心所张立体角是4。非球面元：面积dS,

4、对距离它r的P点所张的立体角为2.高斯定理的积分形式它说明，穿过任意闭合曲面S的电通量只与被此闭合曲面所包围的电荷有关，与曲面外的电荷无关（但曲面外的电荷也产生电场，只是对通量无贡献）；如果曲面S内有多个点电荷，则有根据电场强度的叠加原理，闭曲面内的总电荷Q产生的电场强度满足如下的高斯定理根据体电荷的体密度和总电荷的积分关系和散度定理得即3.高斯定理的微分形式它适用于电荷连续分布的情况它说明，电场强度的散度只与该点的电荷密度有关，与其他地方的电荷分布无关。静电荷是静电场的通量源。2.3静电场的旋度与电位1.静电场的旋度和电位在点电荷q的电场中，任取一条曲线连接a、b两点，则场强E

5、沿此曲线的线积分为静电场是无旋场。由斯托克斯公式可知，无旋场的旋度为零，所以沿任一闭合路径的积分为零：静电场的线积分与路径无关，仅与起始点的位置有关——保守场。2.静电场的环流定理静电场环流定理的积分形式说明在静电场中场强沿任意闭合路径的线积分为零，即单位正电荷沿静电场中的任一个闭合路径移动一周，电场力不做功。静电场是一个保守场（如果一个矢量场是某个标量势的梯度，那么便称为保守场。保守场的特征：积分与路径无关、无旋。）静电场环流定理的微分形式真空中静电场的电场强度的旋度处处为零，静电场是一个无旋场，电力线不闭合。3.电位差把静电场沿某一路径由a点到b点的线积分定义为a点与b点的电

6、位差。a点的电位：2.4电偶极子1.电偶极子：是指间距很小的两个等量异种点电荷组成的系统。2.电偶极矩：用电偶极矩来表示电偶极子的大小和空间取向。电偶极子在空间任一点P的电位：3.电偶极子的电场强度：——电偶极矩+q电偶极子zol－q电偶极子的场图等位线电场线电偶极子是由相距很近、带等值异号的两个点电荷组成的电荷系统，其远区电场强度为2.5电介质中的场方程1.媒质的电特性根据媒质的电特性：导体（导电物质）和电介质（绝缘物质）媒质对电磁场的响应分为三种情况：极化、磁化和传导在外电场的作用下：导体：有自由电子宏观运动——传导电介质：介质中的带电粒子被束缚在介质的分子中，不能宏观运动，

7、会微观位移——极化。2.5.1介质的极化有极分子无极分子导体中的电子通常称为自由电子，它们所携带的电荷称为自由电荷。介质中的电荷是不会自由运动的，这些电荷称为束缚电荷。无极分子有极分子Ea电介质的分子分为：非极性分子（无极分子）和极性分子（有极分子）。非极性分子：分子的正负电荷中心重合；分子的偶极矩为零。如氢、氮、聚乙烯等。极性分子：分子的正负电荷中心不重合。分子的偶极矩不为零。如玻璃