[电磁场与电磁波] 第二章 电磁场的基本规律.ppt

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1、1第2章电磁场的基本规律22.1电荷守恒定律2.2真空中静电场的基本规律2.3真空中恒定磁场的基本规律2.4媒质的电磁特性2.5电磁感应定律和位移电流2.6麦克斯韦方程组2.7电磁场的边界条件本章讨论内容32.1电荷守恒定律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。电荷电流电场磁场（运动）源量为电荷和电流，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。4本节内容2.1.1电荷与电荷密度2.1.2电流与电流密度2.1.3电荷守恒定律5•电荷是物质基本属性之一。•1897年英国科学家汤姆逊(J.J.Thomson)在实验中发

2、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)确认了电荷的量子化概念。换句话说，e是最小的电荷，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的集合，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。2.1.1电荷与电荷密度61.电荷体密度单位：C/m3(库/米3)根据电荷密度的定义，如果已知某空间区域V中的电荷体密度，则区域V中的总电荷q为电荷连续分布于体积V内，用电荷体密度来描述其分布理想化实际带电系

3、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7若电荷分布在薄层上，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。2.电荷面密度单位:C/m2(库/米2)如果已知某空间曲面S上的电荷面密度，则该曲面上的总电荷q为8若电荷分布在细线上，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。线分布的电荷可用电荷线密度表示。3.电荷线密度如果已知某空间曲线上的

4、电荷线密度，则该曲线上的总电荷q为单位:C/m(库/米)9对于总电荷为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、电荷为q的点电荷。点电荷的电荷密度表示4.点电荷将电荷区域看作是一个没有几何大小的点。102.1.2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——电荷的定向运动而形成，用

5、i表示，其大小定义为：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：11电荷在某一体积内定向运动所形成的电流称为体电流，用电流密度矢量来描述。单位：A/m2（安/米2）。一般情况下，在空间不同的点，电流的大小和方向往往是不同的。在电磁理论中，常用体电流、面电流和线电流来描述电流的分别状态。1.体电流流过任意曲面S的电流为体电流密度矢量正电荷运动的方向122.面电流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，用面电流密度矢量来描述其分布面电流密度矢量d0单位：A/m（安/米）。通过薄导体层上任意有向曲线的电流为正电荷运动的方向2005-

6、1-25第一章电磁场的数学物理基础13142.1.3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场是无散场，场线是连续的闭合曲线，既无起点也无终点电荷守恒定律是电磁现象中的基本定律之一。*穿出闭合面的通量=0有入有出，动态平衡*恒定电流场为无散度场152.2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。本节内

7、容2.2.1库仑定律电场强度2.2.2静电场的散度与旋度161.库仑（Coulomb）定律(1785年)真空中静止点电荷q1对q2的作用力:，满足牛顿第三定律。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；2.2.1库仑定律电场强度方向沿q1和q2连线方向，同性电荷相排斥，异性电荷相吸引；说明：17电场力服从叠加定理真空中的N个点电荷（分别位于）对点电荷（位于）的作用力为qq1q2q3q4q5q6q7等于各点电荷对该电荷电场力的合力。182.电场强度空间某点的电场强度定义为置于该点的单位点电荷（又称试验电荷）受到的作用力，即根据上述定义，真空中静止点电

8、荷q激发的电场为——描述电场分布的基本