電磁場(chǎng)的基本規(guī)律

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1、第二章電磁場(chǎng)的基本規(guī)律12.1電荷守恒定律2.2真空中靜電場(chǎng)的基本規(guī)律2.3真空中恒定磁場(chǎng)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(chǎng)的邊界條件本章討論內(nèi)容22.1電荷守恒定律本節(jié)討論的內(nèi)容：電荷模型、電流模型、電荷守恒定律基本物理量：源；場(chǎng)電荷電流電場(chǎng)磁場(chǎng)（運(yùn)動(dòng)）源：電荷，電流3?電荷是物質(zhì)基本元素之一?1897年英國(guó)湯姆遜在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了電子?1907—1913年間，美國(guó)密立根通過(guò)油滴實(shí)驗(yàn)，精確測(cè)定電子電荷的量值為e=1.60217733×10-19(單位：C)2.1.1電荷與電荷密度41.電荷體密度單位：C/m3(庫(kù)/米

2、3)總電荷q與密度的關(guān)系：電荷存在的形式（四種）：點(diǎn)電荷、體分布電荷、面分布電荷、線分布電荷52.電荷面密度單位:C/m2(庫(kù)/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63.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(kù)/米)7點(diǎn)電荷的電荷密度表示4.點(diǎn)電荷82.1.2電流與電流密度說(shuō)明：電流通常是時(shí)間的函數(shù)，不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流，用I表示。單位:A（安）電流方向:正電荷的流動(dòng)方向電流——電荷的定向運(yùn)動(dòng)9單位：A/m2（安/米2）。電流存在的形式（三種）：體電流、面電流和線電流1.體電流流過(guò)體積內(nèi)任意

3、曲面S的電流為體電流密度矢量正電荷運(yùn)動(dòng)的方向體電流與體電荷的關(guān)系?102.面電流面電流密度矢量d0單位：A/m（安/米）。通過(guò)面上任意橫截線的電流為正電荷運(yùn)動(dòng)的方向面電流與面電荷的關(guān)系?體電流與面電流的關(guān)系?其中：113.線電流單位:A（安）電流與線電荷的關(guān)系?電流與電荷的關(guān)系?122.1.3電荷守恒定律（電流連續(xù)性方程）電荷守恒定律: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(shí)間所減少的電荷量恒定電流的連續(xù)性方程恒定電流是無(wú)散場(chǎng)，電流線是連續(xù)的閉合曲線，既無(wú)起點(diǎn)也無(wú)終點(diǎn)電荷守恒定律是電磁現(xiàn)象中的基本定律之一。電荷守恒定律:電荷守恒定律是電磁現(xiàn)象中

4、的基本定律之一。13針對(duì)思考問(wèn)題的知識(shí)擴(kuò)充前述電流連續(xù)性方程的特點(diǎn)：面分布：電荷守恒定律電荷：體電荷電流：體電流新問(wèn)題：如果電荷為面電荷，電流是面電流，電流連續(xù)方程如何？如果電荷為線電荷，電流為線電流，電流連續(xù)方程又如何？答案：線分布：14習(xí)題關(guān)于電荷和電流2.1;2.2;2.3;152.2真空中靜電場(chǎng)的基本規(guī)律1.庫(kù)侖（Coulomb）定律(1785年)2.2.1庫(kù)侖定律與電場(chǎng)強(qiáng)度靜電場(chǎng)：由靜止電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)。重要特征：對(duì)位于電場(chǎng)中的電荷有電場(chǎng)力作用。真空中靜止點(diǎn)電荷q1對(duì)q2的作用力:16電場(chǎng)力服從疊加定理真空中的N個(gè)點(diǎn)電荷（分別位于）對(duì)點(diǎn)電荷（位于）的作用力為qq

5、1q2q3q4q5q6q7172.電場(chǎng)強(qiáng)度如果電荷是連續(xù)分布呢？根據(jù)上述定義，真空中靜止點(diǎn)電荷q激發(fā)的電場(chǎng)為——描述電場(chǎng)分布的基本物理量電場(chǎng)強(qiáng)度矢量——試驗(yàn)正電荷18小體積元中的電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)面密度為的面分布電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度線密度為的線分布電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度體密度為的體分布電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度193.幾種典型電荷分布的電場(chǎng)強(qiáng)度（無(wú)限長(zhǎng)）（有限長(zhǎng)）均勻帶電圓環(huán)均勻帶電直線段均勻帶電直線段的電場(chǎng)強(qiáng)度：均勻帶電圓環(huán)軸線上的電場(chǎng)強(qiáng)度：20——電偶極矩+q電偶極子zol－q電偶極子的場(chǎng)圖等位線電場(chǎng)線電偶極子是由相距很近、帶等值異號(hào)的兩個(gè)點(diǎn)電荷組成的電荷系統(tǒng)，其遠(yuǎn)區(qū)電場(chǎng)強(qiáng)度為電偶極子的電場(chǎng)

6、強(qiáng)度：21例2.2.1計(jì)算均勻帶電的環(huán)形薄圓盤軸線上任意點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度。P(0,0,z)brRyzx均勻帶電的環(huán)形薄圓盤dSa由于場(chǎng)點(diǎn)：源點(diǎn)：解：由于222.2.2靜電場(chǎng)的散度與旋度靜電場(chǎng)的散度（微分形式）1.靜電場(chǎng)的散度與高斯定律靜電場(chǎng)的通量高斯定律（積分形式）結(jié)論：靜電場(chǎng)是無(wú)旋場(chǎng)，是保守場(chǎng)，電場(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān)靜電場(chǎng)是發(fā)散場(chǎng),始于正電荷,并止于負(fù)電荷靜電場(chǎng)的旋度（微分形式）2.靜電場(chǎng)的旋度靜電場(chǎng)的環(huán)流（積分形式）23從靜電場(chǎng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)到分析解決問(wèn)題的方法電荷是產(chǎn)生電場(chǎng)的一種源規(guī)律已知電荷分布，求電場(chǎng)分布疊加原理，進(jìn)行直接求和/積分運(yùn)算方法電荷是產(chǎn)生電場(chǎng)的散度源已知電場(chǎng)

7、分布，求電荷分布進(jìn)行微分運(yùn)算已知電荷分布，求其產(chǎn)生的電場(chǎng)求解微分方程電場(chǎng)的通量比例于電荷量已知電場(chǎng)分布，求其通量進(jìn)行積分運(yùn)算已知電荷，求其產(chǎn)生的電場(chǎng)求解積分方程從靜電場(chǎng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)到分析解決問(wèn)題的方法243.利用高斯定律簡(jiǎn)捷計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度的條件簡(jiǎn)捷計(jì)算條件：可以提到積分號(hào)以外，使積分方程簡(jiǎn)化為代數(shù)方程球?qū)ΨQ分布：包括均勻帶電的球面，球體和多層同心球殼等均勻帶電球體帶電球殼多層同心球殼什么情況下，可以提到積分號(hào)以外？在S上均勻分布時(shí)！或積分結(jié)果已知時(shí)！什么問(wèn)題，具有這種特性呢？具有對(duì)稱性的問(wèn)題!25無(wú)限大平面電荷：如無(wú)限大的均勻帶電平面、平板等