电磁场与电磁波教案3(hao)详解ppt课件.ppt

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1、第三章恒定电流的电场和磁场主要内容恒定电流的电场磁感应强度恒定磁场的基本方程矢量磁位磁偶极子磁介质中的场方程恒定磁场的边界条件标量磁位互感和自感磁场能量磁场力3.1.1电流与电流密度说明：电流通常是时间的函数，不随时间变化的电流称为恒定电流，用I表示。存在可以自由移动的电荷;存在电场。单位:A（安）电流方向:正电荷的流动方向电流：单位时间内通过某一横截面S的电荷量，即形成电流的条件：3.1恒定电流的电场电荷在某一体积内定向运动所形成的电流称为体电流，用体电流密度矢量来描述。大小为与正电荷运动方向

2、垂直的单位面积上的电流强度。设通过垂直于该点的正电荷运动方向的截面△S的电流为△I，则体电流密度单位：A/m2（安/米2）。电流密度的引入：电流强度描述的是一根导线上的电荷流动情况，电流密度描述的是电荷在空间和薄层上的流动情况。电流密度是一个矢量，方向为该点正电荷运动的方向。电流密度分为体密度J、面密度JS、线密度I。1.体电流密度流过任意曲面S的电流为电流密度J在S上的通量：体电流密度矢量该点正电荷运动的方向2.面电流密度电荷在一个厚度可以忽略的薄层内定向运动所形成的电流称为面电流，用面电流密度

3、矢量来描述其分布。的大小等于通过垂直于电流方向的单位长度上△l上的电流△I（电流线的疏密程度），方向为该点正电荷运动的方向。单位：A/m（安/米）。通过薄导体层上任意有向曲线的电流总量为该点正电荷运动的方向面电流密度矢量3.1.2电荷守恒定律（电流连续性方程）电荷守恒定律:电荷既不能被创造，也不能被消灭，只能从物体的一部分转移到另一部分，或者从一个物体转移到另一个物体。电流连续性方程积分形式微分形式流出闭曲面S的电流等于体积V内单位时间所减少的电荷量。恒定电流的连续性方程恒定电流是无源场。电荷守恒

4、定律是电磁现象中的基本定律之一。恒定电流的电荷分布不随时间变化。3.1.3欧姆定律的微分形式实验表明，各向同性的导体式中σ称为电导率，其单位为S/m（西门子/米）。σ值愈大表明导电能力愈强，即使在微弱的电场作用下，也可形成很强的电流。——欧姆定律的微分形式电导率为无限大的导体称为理想导电体。显然，在理想导电体中，无需电场推动即可形成电流。由上式可见，在理想导电体中是不可能存在恒定电场的，否则，将会产生无限大的电流，从而产生无限大的能量。但是，任何能量总是有限的。电导率为零的媒质，不具有导电能力，这

5、种媒质称为理想介质。媒质电导率(S/m)媒质电导率(S/m)银海水4紫铜淡水金干土铝变压器油黄铜玻璃铁橡胶非静电力所作的功非静电力：不是由静止电荷产生的力。在电源内部，需要有一个非静电力将电荷从负极搬运到正极。这个非静电力对电荷的影响等效为一个非保守电场E’。电源内部既有保守场E（满足环量为零），也有非保守场E’。电源内部搬运正电荷从负极到正极非静电力所做的功由得3.1.4焦耳定律的微分形式电流的热效应：金属导体内部的自由电子在电场力的作用下定向运动，与金属晶格点阵上的质子碰撞，把自身的能量传递给

6、质子，使晶格点阵的热运动加剧，导体温度就上升了。功率：单位时间内电场力对电荷所作的功。热功率密度：导体内单位体积消耗的功率。——焦耳定律的微分形式此式表明：在单位时间内，电流在导体内的单位体积产生热量的计算方法。3.1.5恒定电流场的基本方程微分形式积分形式3.1.6恒定电流场的边界条件（1）电流密度的边界条件：（2）电场强度的边界条件：（3）电位的边界条件由由得得102h12E2E11324lh12et21（4）方向关系hS12此时21特例：在导体表面根据3.1.7

7、恒定电场与静电场的比拟基本方程静电场（区域）本构关系位函数边界条件恒定电场（电源外）对偶量静电场恒定电场对偶量代换：静电比拟法恒定磁场：如果电流的分布不随时间变化，即恒定电流（直流），那么其周围的磁场也是不随时间变化的，称为恒定磁场。安培定律：恒定磁场的重要定律。是法国物理学家安培根据实验结果总结出的一个基本定律。研究的是两电流元之间的作用力。毕奥——萨伐尔定律：实验结果总结出的一个基本定律。研究磁场对移动电荷的作用力。3.2磁感应强度真空中两个线电流回路。回路1是引起场的源回路，回路2是试验回路

8、。安培定律安培定律说明：两个电流元段之间的力正比于,反比于他们之间距离的平方。可测得试验回路2所受到回路1的作用力为式中0为真空磁导率，(H/m)。磁感应强度F12可理解为回路1在空间产生磁场，回路2在这一磁场中受的力。不同电流元产生的磁感应强度面电流元线电流元体电流元电流回路C产生的磁感应强度体电流产生的磁感应强度面电流产生的磁感应强度几种典型电流分布的磁感应强度载流直线段的磁感应强度：载流圆环轴线上的磁感应强度：（有限长）（无限长）载流直线段载流圆环解：建立一个最好的坐标系，