ch2-电磁场地基本规律.ppt

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1、第2章电磁场的基本规律2.1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2.1电荷守恒定律本节讨论的内容：电荷模型、电流模型、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。1897年英国科学家汤姆逊(J.J.Thomson)在实验中发现了电子。19

2、07—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电荷及电荷密度1.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

3、体密度来描述其分布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、线分布电荷若电荷连续分布在薄层上，该薄层的厚度可以忽略，则认为电荷是面分布。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为若电荷连续分布在横截面积可以忽略的细线上，则认为电荷是线分布。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电荷线密度，则该曲线上的总电荷q为单位:C/m(库/米)2.1.2电流（电流强度

4、）及电流密度说明：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。单位:A（安）电流方向:正电荷的流动方向。电流是标量。电流——电荷的定向运动而形成，用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，即疑义：电流的本质是电荷的运动，因此应该用矢量描述。但电流强度只是一个标量，可见不足以描述电流，因此出现了标量还要用方向说明的尴尬。究其原因，是因为历史上早期研究电流时是从细导线着手的，电流强度只是描述电流的宏观特性。为了准确描述电流的微观特性，引入了电流密度矢量。其方向为某点正电荷运

5、动的方向，其大小为与正电荷运动方向垂直的单位面积上的电流强度。单位：A/m2（安/米2）。1.体电流（电流密度矢量）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电流强度实质上是电流密度矢量的通量。2.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为薄导体层的法向单位矢量。2.1.3电流连续性方程电荷守恒定律:电荷守恒定律是电磁现象中的基本定律之一。电荷既不能被

6、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。考虑一闭合曲面S包围的体积V。根据电荷守恒定律，单位时间内流出S面的电荷应该等于体积V内电荷的减少，即：于是流出闭曲面S的电流等于体积V内单位时间所减少的电荷量上式称为电流连续性方程的积分形式。应用场论中的散度定理，有上式对任意V成立，所以称为电流连续性方程的微分形式。电流连续性方程电流连续性方程积分形式微分形式恒定电流的连续性方程恒定电流场，电流不随时间改变，电荷在空间的分布也不随时间改变。因此，有无散场，从任意闭合面穿

7、出的恒定电流为0。它表示在空间任意点，电流密度矢量的散度等于该点的电荷密度减少率。有三种不同的情况：1.电流密度的散度，也就是在该点电荷密度的变化率为负，表明在给定时间内有净电荷从该点向外流出，如图(a)所示；2.电流密度的散度，也就是在该点电荷密度的变化率为正，表明在给定时间内有净电荷流向该点，如图(b)所示；3.电流密度的散度，也就是在该点电荷密度的变化率为零，表明流向该点和流出该点的电荷量相等，如图(c)所示。图（a）图（b）图（c）2.2真空中静电场的基本规律1.库仑（Coulomb）定律2.2.1

8、库仑定律与电场强度静电场：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。真空中静止点电荷q1对q2的作用力: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；方向沿q1和q2连线方向，同性电荷相排斥，异性电荷相吸引；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（位于）的作用力为qq1q2q3q4q5q6q72.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