电磁场与电磁波第二章ppt课件.ppt

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1、第二章静电场静电场：静止电荷的电荷量不随时间变化时，由它产生的电场也不随时间变化，这种电场称为静电场。静电场对于观察者是相对的。同一电荷（位置不变）相对观察者是静止的，则观察者所测出的是电场；若观察者的位置相对于电荷是运动的，则观察者除了能测出电场外还能测出磁场。电荷守恒定理电磁场物理模型中的基本物理量可分为源量和场量两大类。源量为电荷q(r，t)和电流I(r，t)，分别用来描述产生电磁效应的两类场源。电荷是产生电场的源，电流是产生磁场的源。本节讨论的内容：电荷模型、电流模型、电荷守恒定律电荷与电荷密度电荷是物质基本属性之一。1897年英国科学家汤姆逊(J.J.

2、Thomson)在实验中发现了电子。1907－1913年间，美国科学家密立根(R.A.Miliken)通过油滴实验，精确测定电子电荷的量值为e=1.60217733×10-19(单位：C)确认了电荷量的量子化概念。换句话说，e是最小的电荷量，而任何带电粒子所带电荷都是e的整数倍。宏观分析时，电荷常是数以亿计的电子电荷e的组合，故可不考虑其量子化的事实，而认为电荷量q可任意连续取值。理想化实际带电系统的电荷分布形态分为四种形式：点电荷、体分布电荷、面分布电荷、线分布电荷1.电荷体密度电荷连续分布于体积V内，用电荷体密度来描述其分布单位：C/m3(库仑/米3)根据电荷密

3、度的定义，如果已知某空间区域V中的电荷体密度，则区域V中的总电量q为2.电荷面密度电荷分布在薄层上的情况，当仅考虑薄层外，距薄层的距离要比薄层的厚度大得多处的电场，而不分析和计算该薄层内的电场时，可将该薄层的厚度忽略，认为电荷是面分布。面分布的电荷可用电荷面密度表示。单位:C/m2(库仑/米2)如果已知某空间曲面S上的电荷面密度，则该曲面上的总电量q为3.电荷线密度在电荷分布在细线上的情况，当仅考虑细线外，距细线的距离要比细线的直径大得多处的电场，而不分析和计算线内的电场时，可将线的直径忽略，认为电荷是线分布。单位:C/m(库仑/米)如果已知某空间曲线上的电荷线密度

4、，则该曲线上的总电量q为4.点电荷对于总电量为q的电荷集中在很小区域V的情况，当不分析和计算该电荷所在的小区域中的电场，而仅需要分析和计算电场的区域又距离电荷区很远，即场点距源点的距离远大于电荷所在的源区的线度时，小体积V中的电荷可看作位于该区域中心、电量为q的点电荷。点电荷的电荷密度表示2-1电场强度真空中静电场的基本规律静电场：由静止电荷产生的电场重要特征：对位于电场中的电荷有电场力作用2.1.库仑定律电场强度1.库仑（Coulomb）定律(1785年)真空中静止点电荷q1对q2的作用力:（1）大小与两电荷的电荷量成正比，与两电荷距离的平方成反比；（2）方向沿q

5、1和q2连线方向，同性电荷相排斥，异性电荷相吸引；（3），满足牛顿第三定律。电场力服从叠加原理真空中的N个点电荷（分别位于）对点电荷q（位于）的作用力为2.电场强度、电通及电场线电场对某点单位正电荷的作用力称为该点的电场强度，以E表示。式中q为试验电荷的电量，F为电荷q受到的作用力。试验电荷的体积应该足够小，电量足够小（试验电荷的引入不致影响原来的场分布）电场强度矢量——描述电场分布的基本物理量根据上述定义，真空中静止点电荷q激发的电场为：如果电荷是连续分布呢？体密度为的体分布电荷产生的电场强度小体积元中的电荷产生的电场面密度为的面分布电荷的电场强度线密度为的线分布

6、电荷的电场强度电通：电场强度通过任一曲面的通量称为电通，以表示,即电通的大小与电场强度E及面元dS方向有关。>0;<0;=0电场线：为了形象描述电场强度的分布特性，使用一组曲线，令曲线上各点的切线方向表示该点的电场强度方向，这种曲线称为电场线。电场线的矢量方程只有当dl与E的方向一致时，矢积才能为零。上式表示dl的方向与E的方向一致。既然电场线上各点的切线方向表示该点的电场强度方向，而两条相交的曲线在交点处具有两个切线方向，因此，电场线不可能相交。使用电场线围成电场管，那么，场所存在的整个区域可由电场管覆盖。显然，任一条电场管的不同横截面上的电通一定是相等的

7、。几种典型的电场线分布由此可见，电场线的疏密程度可以显示电场强度的大小。带电平行板正电荷负电荷2-2真空中的静电场由亥姆霍兹定理知，无限空间的矢量场由其散度和旋度惟一地确定，矢量场的散度及旋度是研究矢量场特性的首要问题。静电场是矢量场，首先需要讨论的是其电场强度的散度及旋度特性。物理实验表明，真空中静电场的电场强度E满足下列两个积分形式的方程式中0为真空介电常数。左式称为高斯定理，它表明真空中静电场的电场强度通过任一封闭曲面的电通等于该封闭曲面所包围的电量与真空介电常数之比。右式表明，真空中静电场的电场强度沿任一条闭合曲线的环量为零。由