[理学]第一章 电磁现象的普遍规律ppt课件

1、, , ,E x y z t, , ,B x y z t电磁场分布于整个空间，通常用两个矢量函数电磁场分布于整个空间，通常用两个矢量函数来描画电磁场在恣意时辰的形状。电磁场的规律用来描画电磁场在恣意时辰的形状。电磁场的规律用数学方式表示出来就是这两个矢量场所满足的偏微数学方式表示出来就是这两个矢量场所满足的偏微分方程组。分方程组。电场强度电场强度磁感应强度磁感应强度rrQQF3041rxzyxxQQ式中式中zyxzyxezeyexxezeyexxFrrQQF3041zyxezzeyyexxxxr)()()(rezzeyyexxxxrzyx)()()(F 与 F满足牛顿第三定律。FEQrrQE3

2、041rzyxQQniiiirrQxE13041)(iriQxyz),(zyxPxrxzyx),(zyxP301( )( )4Vx rE xdVr 0QsdES303022000000141cos4cos444444SSSSSSSQE dsr dsrQrdsrQdsQdsrrQQddQQ 12121122330102112222010244coscos44SSSSSr dsr dsQQE dsrrdsdsQQrr11122112222222cos cos dsdsdrrdsdsdrr 120 04SSSQE dsdd i01 (QiiSE dsQS在 内）01SVE dsdV01SVE dsd

3、V001VVE)(1)(0 xxE00011limlimSVVVE dsdVVV301( )( )4Vx rE xdVr 330033000001( )1( )( )4411( )( )441( ) 4()41( ) ()1( )VVVVVVx rx rE xdVdVrrrrxdVxdVrrxxxdVxxx dVx 34()rxxr( ) ()( )Vxxx dVx3333)()()()(rrxrrxrrxrrxfff)(0)1(444cos44020303030rdQrdrQrrdrQrdlrQl drrQl dEL0Ll dE00limlim()0SLnSSE dSE dlESS 0)(x

4、E301( )( )4Vx rE xdVr 33003300301( )1( )( )4411( )( )441( )40VVVVVx rx rE xdVdVrrrrxdVxdVrrrxdVr fff)(30001( )11( )( )()4411( )4( )VVVxE xrdVxdVrrxdVrx 31rrrVdrxx)(41)(0)()(xxE0)(x0)()(xxE0)(xE0)()(1)(0 xExxE010SVLE dsdVE dl202030444QE dSEdSr EQErQrErar30303032444arQEaQrEaQrErdSESdEarrrQararQE 4 430

5、3033333343434aQraQrrar03030434aQraQE0430rrQE33343)0(0aQrrrrararE 0 00430raQEr0 0E0)0(03rrrr0430rrQE0rEEaEarrrQararQE 4 43030ararE 0 0r0 0EiiivJvJ或JSdJJdSSJddIcosSsdJIJSdSd SVVVSdtddtdsdJSVJ dsJdV ()0VJdVt0tJVddtd00 J0t22dJ011221221312()4J dJ drdFr1221rr 11dJ022112112321()4J dJ drdFrnnJdJdS dlJdS dlI

6、dl011221221321022112112321()4()4I dlI dlrdFrI dlI dlrdFr12r22l dI11l dI2111dFI dlB022123124LI dlrBr12r22l dI11l dI03( )( )4J xrB xdVr 03( )4LIdlrB xrJdVIdl rIB20IrrIdlBl dBLL0022I022110220rIlrIll dBl dBl dBl dBl dBl dBl dBRSPQSPRSQRPQLISRQP1l2lLIl dB0LSSdJl dB00000limlimlimSSLSSSB dSB dlJ dSSSSJB00(

7、)nnBJ0SdBS0 B0lim0VSdBSV)1()()(1)()1()(rxJxJrxJrrxJ003( )1( )( )44VVJ xrB xdVJ xdVrr fff)(0001( )( )4( )4( )()4VVVB xJ xdVrJ xdVrJ xdVrA 0( )( )4VJ xA xdVr0)(ABAAxAxB2)()()(00( )( )( )44VVJ xJ xA xdVdVrrrr11)()1()(1)()1()(xJrxJrxJrrxJ0)(xJ000( )1( )()( )441()( )4VVVJ xA xdVJ x dVrrJ x dVr )(1)()1()(

8、xJrxJrrxJrxJxJr)()()1(00001( )()( )4( )4( )4( )40VVSnSA xJ x dVrJ xdVrJ xdSrJx dSr 22200000( )1( )( )44( ) 4()4( ) ()( )VVVVJ xA xdVJ xdVrrJ xxxdVJ xxx dVJ x )(412xxr)()()(02xJAAxB)()(0 xJxB( ) ()( )Vf xxx dVf x220030033003200( )( )( )44( )( )441( )( )44( )4( )VVVVSSSJ xrA xdVJ xdVrrrrJ xdVJ xdVrrrJ

9、 xdSJ xdSrrJ xdJ x )()()(02xJAAxB)()(0 xJxB)()(0)(0 xJxBxBLSIl dBSdB00erIBrIBIrBdlBl dB22200022222/aIraIrJreaIrBaIrBaIrrBdlBl dB20202202 22ar 2ar 2 020erIeaIrB01BrBzBBrrBrrBzr1)(1r0 0B01BrBerIB20eaIrB202zrzrrzeBrrBrrerBzBezBBrB1)(1)()1(0)(1zrerBrrezBBJeaIerBrrezBBzzr020)(1erIB20eaIrB202ar 0ar 20zeaI

10、BJ0rBBaBar 2 ar 2020erIeaIrBr0 0Bar 0ar 20zeaIB000 0EEBBJSmsdBdtddtdSsdtBLl dE感SLsdtBl dE感SSsdtBsdE感tBE感感静EEE纵场静静 0 0EE横场感感 0tBEEEtxBxExxE)()()()(0感静EEE0感静EEEtBEEE感静00 0EBEtBBJ 0Jt 0tJ0J0tJ0)(0JB 0JB0JE00)()()(00DJJtEJEtJtJ0000()DEBJJJt ()0BEtBEBttB 常数0000, 0,EBEtBEBJt 000, 0, BEEtEBBt dVEEQFdeEdVJB

11、dVJFdmBJEdVFdfFqEqvBBdVJdVEFdFdFdme0000 0EBEtBEBJt BveEeF无极分子的位移极化无极分子的位移极化 无极分子电介质处在电场中时，分子的正无极分子电介质处在电场中时，分子的正负电荷中心发生位移从而构成分子电偶极子。负电荷中心发生位移从而构成分子电偶极子。此时电介质中的分子电偶极矩的矢量和不为零。此时电介质中的分子电偶极矩的矢量和不为零。称为位移极化。称为位移极化。0E位移极化位移极化主要是电子发生位移主要是电子发生位移有极分子的取向极化有极分子的取向极化 有极分子电介质处在电场中时，分子的电偶极子有极分子电介质处在电场中时，分子的电偶极子发生取

12、向陈列，从而使得分子的电偶极矩的矢量和发生取向陈列，从而使得分子的电偶极矩的矢量和不为零。称为取向极化。不为零。称为取向极化。 有极分子处在电场中时，会同时产生位移极化和有极分子处在电场中时，会同时产生位移极化和取向极化。取向极化。取向极化取向极化0EiipPViiilqpSdsdPsdpnsdlqndQiSsdPQPVVSdVP dsPdV PP由于电荷守恒，由于电荷守恒，V内产生的负电荷为内产生的负电荷为由高斯定理有由高斯定理有PVSQdP ds 非均匀介质极化后普通在整个介质内部都出非均匀介质极化后普通在整个介质内部都出现束缚电荷；在均匀介质内部，束缚电荷只出如现束缚电荷；在均匀介质内部

13、，束缚电荷只出如今介质分界面处以及自在电荷附近。今介质分界面处以及自在电荷附近。0tJPPtPPttJPP称为极化电流密度 tPJPixVxePiiiePiiiiJvVvetPiiixerexxexexexeiii)(1221r2xzyx1x1ee 2eenedsh1P 介质1 介质22PsdP2sdP1sdPPsdPsdPdQP)(12212121()()PndsPPdsPPe ds 21()PnePP BiimM a im分子电流的磁偶极矩分子电流的磁偶极矩miLl danal dLLLMl dMl dmnl dainIMJSLSMsdMl dMSdJ)(MJM()0MJM 0MJM2M1

14、M21()MneMMJSdlnetePfPfMtPJJJJJfMPftEMtPJBBtBEPEff0000)( , 0 ),(10000, 0,BEEtEBBJt tEMtPJBBtBEPEff0000)( , 0 ),(1MBHPED00 ,)()(0)(000PEtJMBBtBEPEfftDJHBtBEDff0介质中的麦克斯韦方程组介质中的麦克斯韦方程组tDJHBtBEDff0MBHPED00 ,HBDE,),()(0MHBMHB),(0PEDPEDEEEEEPEDree00000)1 ( 0 eMPEMH HHHHHMHBrMM000000)1 ( Mrrerr1 , 1 , 00EJH

15、BED麦克斯韦方程组的自洽性和完备性麦克斯韦方程组的自洽性和完备性 麦克斯韦方程组是讨论电磁场实际的出发点，它描麦克斯韦方程组是讨论电磁场实际的出发点，它描画了电磁场这种物质运动形状的运动、变化的根本规律。画了电磁场这种物质运动形状的运动、变化的根本规律。如今，我们必需求知道，作为一组联立的方程，它们之如今，我们必需求知道，作为一组联立的方程，它们之间有无内在矛盾？在场的初始条件和边境条件下，这组间有无内在矛盾？在场的初始条件和边境条件下，这组方程的解答能否独一可靠？方程的解答能否独一可靠？ 麦克斯韦方程组的自洽性麦克斯韦方程组的自洽性 所谓自洽性，就是要求从不同角度出发导出的四所谓自洽性，就

16、是要求从不同角度出发导出的四个方程彼此之间不相互矛盾。个方程彼此之间不相互矛盾。0DBEtBDHJt ()0,BEBBCtt DC()()0HJDJDttDDttt 所谓完备性，就是说在给定电荷电流分布的条件下，假设初始条件和边境所谓完备性，就是说在给定电荷电流分布的条件下，假设初始条件和边境条件都已确定，那么麦克斯韦方程组的解是独一的，亦即为了找出独一解不需求条件都已确定，那么麦克斯韦方程组的解是独一的，亦即为了找出独一解不需求再引入任何附加条件。再引入任何附加条件。 可以证明麦克斯韦方程组是完备性的，亦称解的独一性原理。可以证明麦克斯韦方程组是完备性的，亦称解的独一性原理。麦克斯韦方程组的

17、完备性麦克斯韦方程组的完备性0E0LSfLSfSSdE dlB dsdtdH dlID dsdtD dsQB ds 麦克斯韦方程组的微分方式和积分方式麦克斯韦方程组的微分方式和积分方式0 BDtDJHtBEff0dBddDsdDdtdSdJsdHsdBdtdsdEVVfVSSfSSSne2dsh1E 介质1 介质22E2e1e1dsdsPfSQQsdE01230012301122()()SSSSE dsE dsEdsEdsE eEe dsfSD dsQfPfPQQdSdS12 , nneeee 021()nfPeEE210(), PnePPDEPE 21()nfeDD0SsdBB21()0ne

18、BBnnBB12dVtSdJVSJne2dsh1J 介质1 介质22J2e1e1dsds2121nnSSVeJ dSeJ dSdt 21()nSSeJJ dSdSt 21()neJJt nnJJ12dtSdJVS021212121()()()()nfPnPnfneEEePPeDDeJJt JSdlnetenete2H1H介质介质2介质介质1lIl SfLsdDdtdIdlH112221()tLH dlHlHlHHel laIff 0SdD dsdt21()tfHHell 21()tfHHefttHH12tlle 2121 /()()()tfntfnHHeeeHHe()()()fnffnfnIe

19、lelle 21()nfeHH2121 /2121 /()()()()nnnneHHeHHeHHeHHn21 /()()nnfneHHee()()()nfnnnfnfnfeeeeee21()0neEELMIl dM21()nMeMM21212121()0()()()0nnnneEEeHHeDDeBBnnnnttttBBDDHHEE12121212212121()()()nPnnMePPeJJteMM 212121nnPnnttMPPJJtMM 导体1E2E1介质2介质ff导体pppnnDD122222220fffEEDD1111110fffEEDDPnnEE)(120fPEE)()(10201

20、20)1 (1010fPE)1 (2020 fPE0 PPP),(txww),(txSSVWf vdVVdwdVdtdSvftwSdf vdVwdVdt SVVdS df vdVwdVdtEJEvvBvEvf)(twSEJtDJHtDHJ0)(vBvtDEHEJE)(0tBE0)(tBHEH()()()()DBE JEHEHEHttDBEHEHEHtt EE()()()fgfgfg tBHtDEHEJE)(twSJEHEStBHtDEtwHEStBHtDEtwHBED00,)1(21 ,120200BEwBESHBED,)(21 ,1BHDEwBES00dwEdEHdH铜导线电流密度平安值：铜

21、导线电流密度平安值： J=58A/mm2铝导线电流密度平安值：铝导线电流密度平安值： J=35A/mm2导线规格导线规格mm2： 1.5、2.5、4、6、10、16、 25、35、 50、70、95、120、150、185如何根据电器功率选用电线规格？如何根据电器功率选用电线规格？ P=0.5AcosUI/1000=0.50.82208S/1000 铜导线面积等于负载功率千瓦数乘以铜导线面积等于负载功率千瓦数乘以0.65，得数小，得数小于或等于导线实践截面的就选其值，大于的选粗一级的于或等于导线实践截面的就选其值，大于的选粗一级的导线，铝线在算出铜线结果的根底上粗一级。例如导线，铝线在算出铜线

22、结果的根底上粗一级。例如1、15Kw的家庭求导线截面？千瓦数的家庭求导线截面？千瓦数150.65=9.75。这。这 时就要选择时就要选择10mm2铜线，铝线那么选铜线，铝线那么选16mm2。2、3500W的家庭求导线面积？的家庭求导线面积？ 千瓦数千瓦数3.50.65=2.275。 时应选择时应选择2.5mm2铜线足矣，铝线那么选铜线足矣，铝线那么选4mm2。阅历公式：阅历公式：+_+_仅在静电场作用下构成的电流是一种不稳定的电流仅在静电场作用下构成的电流是一种不稳定的电流+_+_只需提供非静电来源的作用力，才干构成稳定的电流只需提供非静电来源的作用力，才干构成稳定的电流+_+_ KE22II

23、 RI R内()I RR内neeJ223326298804mmn 10/cm1 /10/1.6 10PWSJA mmA mecm/S106v5erIHIrHIl dH22LIl dHzezabIere222rrD dSQr lDlr EEer 224rrzzISEHE H eer zlabdrEUbarln2212 lnzzUISebraUIdrrabUIrdrSsdSPbaba1ln2abU ln20E /0JEEPJ E zeaIJE22aIEarz()zrzr arr aSEHEEHEHEHRIalIalIlaaIsdSP2222232222柱面rarzeaIHES3222SlR,1其中

24、zeerezlzeJJJaI2zzeaIeJE2JaelzereZ()22r aIIHeraerareaIHES3222arzeaIE2RIalIlaaIsdSP222322222EJEvf22222IlPE J VEalI Ra 简述题复习题简述题复习题1 写出介质中微分方式的麦氏方程组的数学方式写出介质中微分方式的麦氏方程组的数学方式;简简述麦氏方程组的自洽性和完备性述麦氏方程组的自洽性和完备性 。2 写出真空中电磁场能流密度的数学方式，解释其写出真空中电磁场能流密度的数学方式，解释其物理意义物理意义;简述能流密度在一个直流电路中的能量传简述能流密度在一个直流电路中的能量传送作用送作用 。

25、SVfdVSdD10rr 当0421VfdVrD0, 011ED 21rrr当rrrrDErrrDrrrDfff33132223132313223)(3)()(3441r2ro001232rr 当EEPe)(00rrrrDErrrDrrrDfff3031320332313233132233)(3)()(344rrrrEPfP3313020)(3)()(ffffrrrrrrrrrrr)()(33)()(3)(3)(03310331033100 ,ffP)1 ()(0021()PnePP 121202023311021()()()()()30Pnnnr rfePPePeEErrr 1r2ro001

26、23232202023302122()()()()(1)3Pnnnr rfePPePeEErrr 1r2ro00123frrrfrrrPPrrdVdVQ3)(4)1 ()1 (3132001212体)1 (3)(44)1 (3)()1 (3)(031322202231320223132rrrrrrdSrrrdSQffSfSPP面0面体PPQQLSfSdJl dHr10rr 当021rH0, 011BH21rrr当rJrrrHBrJrrreJrrrHrrJrHffff2313222212212221222)(2)(2)()(21r2ro00123fJ2rr 223212221322222121322202130322()()2()()22()2fffffHrJrrrrHJrrrrrHJ eJrrrrrBHJrrffrrMJJHMJ)1 () 1() 1(0体HHMrM) 1(21()MneMM1121222212()(1)()(1)()02Mnnrnrnfr reMMeMeHrreJrr22322222122221222222102()(1)()(1)()2()(1)()2()(1)2Mnnrnrnfr rrnffeMMeMeHrreJrrrreJrrrrJr )() 1(212202121rr