《電磁場的基本規(guī)律》PPT課件

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1、1第2章電磁場的基本規(guī)律22.1電荷守恒定律2.2真空中靜電場的基本規(guī)律2.3真空中恒定磁場的基本規(guī)律2.4媒質(zhì)的電磁特性2.5電磁感應(yīng)定律和位移電流2.6麥克斯韋方程組2.7電磁場的邊界條件本章討論內(nèi)容32.1電荷守恒定律電磁場物理模型中的基本物理量可分為源量和場量兩大類。電荷電流電場磁場（運動）源量為電荷和電流，分別用來描述產(chǎn)生電磁效應(yīng)的兩類場源。電荷是產(chǎn)生電場的源，電流是產(chǎn)生磁場的源。4本節(jié)內(nèi)容2.1.1電荷與電荷密度2.1.2電流與電流密度2.1.3電荷守恒定律5?電荷是物質(zhì)基本屬性之一。?1897年英

2、國科學(xué)家湯姆遜(J.J.Thomson)在實驗中發(fā)現(xiàn)了電子。?1907—1913年間，美國科學(xué)家密立根(R.A.Miliken)通過油滴實驗，精確測定電子電荷的量值為e=1.60217733×10-19(單位：C)確認(rèn)了電荷的量子化概念。換句話說，e是最小的電荷，而任何帶電粒子所帶電荷都是e的整數(shù)倍。?宏觀分析時，電荷常是數(shù)以億計的電子電荷e的集合，故可不考慮其量子化的事實，而認(rèn)為電荷量q可任意連續(xù)取值。2.1.1電荷與電荷密度61.電荷體密度單位：C/m3(庫/米3)根據(jù)電荷密度的定義，如果已知某空間區(qū)域V中

3、的電荷體密度，則區(qū)域V中的總電荷q為電荷連續(xù)分布于體積V內(nèi)，用電荷體密度來描述其分布理想化實際帶電系統(tǒng)的電荷分布形態(tài)分為四種形式：點電荷、體分布電荷、面分布電荷、線分布電荷7若電荷分布在薄層上，當(dāng)僅考慮薄層外、距薄層的距離要比薄層的厚度大得多處的電場，而不分析和計算該薄層內(nèi)的電場時，可將該薄層的厚度忽略，認(rèn)為電荷是面分布。面分布的電荷可用電荷面密度表示。2.電荷面密度單位:C/m2(庫/米2)如果已知某空間曲面S上的電荷面密度，則該曲面上的總電荷q為8若電荷分布在細(xì)線上，當(dāng)僅考慮細(xì)線外、距細(xì)線的距離要比細(xì)線的直

4、徑大得多處的電場，而不分析和計算線內(nèi)的電場時，可將線的直徑忽略，認(rèn)為電荷是線分布。線分布的電荷可用電荷線密度表示。3.電荷線密度如果已知某空間曲線上的電荷線密度，則該曲線上的總電荷q為單位:C/m(庫/米)9對于總電荷為q的電荷集中在很小區(qū)域V的情況，當(dāng)不分析和計算該電荷所在的小區(qū)域中的電場，而僅需要分析和計算電場的區(qū)域又距離電荷區(qū)很遠(yuǎn)，即場點距源點的距離遠(yuǎn)大于電荷所在的源區(qū)的線度時，小體積V中的電荷可看作位于該區(qū)域中心、電荷為q的點電荷。點電荷的電荷密度表示4.點電荷將電荷區(qū)域看作是一個沒有幾何大小的點。10

5、2.1.2電流與電流密度說明：電流通常是時間的函數(shù)，不隨時間變化的電流稱為恒定電流，用I表示。存在可以自由移動的電荷;存在電場。單位:A（安）電流方向:正電荷的流動方向電流——電荷的定向運動而形成，用i表示，其大小定義為：單位時間內(nèi)通過某一橫截面S的電荷量，即形成電流的條件：11電荷在某一體積內(nèi)定向運動所形成的電流稱為體電流，用電流密度矢量來描述。單位：A/m2（安/米2）。一般情況下，在空間不同的點，電流的大小和方向往往是不同的。在電磁理論中，常用體電流、面電流和線電流來描述電流的分別狀態(tài)。1.體電流流過任意

6、曲面S的電流為體電流密度矢量正電荷運動的方向122.面電流電荷在一個厚度可以忽略的薄層內(nèi)定向運動所形成的電流稱為面電流，用面電流密度矢量來描述其分布面電流密度矢量d0單位：A/m（安/米）。通過薄導(dǎo)體層上任意有向曲線的電流為正電荷運動的方向2005-1-25第一章電磁場的數(shù)學(xué)物理基礎(chǔ)13142.1.3電荷守恒定律（電流連續(xù)性方程）電荷守恒定律:電荷既不能被創(chuàng)造，也不能被消滅，只能從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體。電流連續(xù)性方程積分形式微分形式流出閉曲面S的電流等于體積V內(nèi)單位時間所減

7、少的電荷量恒定電流的連續(xù)性方程恒定電流是無源場，電流線是連續(xù)的閉合曲線，既無起點也無終點電荷守恒定律是電磁現(xiàn)象中的基本定律之一。*穿出閉合面的通量=0有入有出，動態(tài)平衡*恒定電流場為無散度場152.2真空中靜電場的基本規(guī)律靜電場：由靜止電荷產(chǎn)生的電場。重要特征：對位于電場中的電荷有電場力作用。本節(jié)內(nèi)容2.2.1庫侖定律電場強(qiáng)度2.2.2靜電場的散度與旋度161.庫侖（Coulomb）定律(1785年)真空中靜止點電荷q1對q2的作用力:，滿足牛頓第三定律。大小與兩電荷的電荷量成正比，與兩電荷距離的平方成反比；2

8、.2.1庫侖定律電場強(qiáng)度方向沿q1和q2連線方向，同性電荷相排斥，異性電荷相吸引；說明：17電場力服從疊加定理真空中的N個點電荷（分別位于）對點電荷（位于）的作用力為qq1q2q3q4q5q6q7等于各點電荷對該電荷電場力的合力。182.電場強(qiáng)度空間某點的電場強(qiáng)度定義為置于該點的單位點電荷（又稱試驗電荷）受到的作用力，即根據(jù)上述定義，真空中靜止點電荷q激發(fā)的電場為——描述電場分布的基本