工程电磁场导论第二章.ppt

1、第二章恒电场，下一页，4 .电导和接地电阻，3 .恒电场的基本计算方法，重点：2 .恒电场的基本方程，边界条件，Steady Electric Field，1 .电流密度的概念，自由电荷在电场的作用下进行宏命令定向运动形成电流，电流流过的导电介质中的场称为电流场解释存在下一页、前一页、1 .恒定电场、2 .导电介质中的恒定电场、导电介质、超导体或理想的导体、理想的介质、下一页、前一页、推进自由电荷运动的电场，e不仅存在于介质中，而且存在于导体中的恒定电场和静电场的差异， 电流恒定流动的自由电子被新的自由电子补充，空间电荷密度动态平衡，因此，表示与静电场不同电场分布的静电场、恒电场、下一页、前页

2、、导体是非等位体的导体介质的内外伴有磁场和温度场。 导线端面的电荷产生的电场、导线侧面的电荷产生的电场、所有的电荷产生的电场重日式榻榻米，3 .导电介质周围的介质中的一定电场、介质中的一定电场是导电介质中的动态平衡电荷产生的一定电场，与静电场的分布相同。 了解下一页、前页、直流电路的关系规则，4 .研究恒电场的意义，本章主要讨论导电介质中的恒电场。 注意解决实际问题，如计算接地电阻、绝缘阻抗等，为实验方法研究场所的问题提供理论依据。 1 .电流(Current )，定义：单位时间内通过断面的电量。2.1导电介质中的电流、Current in Conductive Media、a、电流粒子电荷在

3、真空或稀薄气体中取向运动产生的电流受牛顿定律的限制。前页、前页、传导电流电子或络离子在导电介质中受到电场作用取向运动形成的电流。 电流面密度j、电流、体电荷以速度v变动的电流。 电流密度，2 .电流密度，下一页，上一页，电流面密度矢量，电流的计算，下一页，上一页，交流电流密度在联系性上的分布，电流线性密度k，电流，en与dl垂直，dl与曲面相接的单位矢量，面电荷在曲面上以速度v移动的电流，电流线性密度及其磁通，下一页，上一页，电流在元电流的概念、面电流的例子、介质磁化后的表面磁化电流同轴电缆的外导体为被视为电流线性密度分布的射频波的情况下，由于趋肤效应，电流有分布于导体表面的倾向。 下一页，前

4、页，介质的磁化电流，线电荷在曲线上以速度v运动的电流，3 .欧姆定律的微分形式，j与e成比例，方向一致。前页、前页、j和e的关系、欧姆定律、导体中流过的电流与导体两端的电压成正比。小块导体，线性时，Ohms Law微分形式，说明，上式也为非线性时，4 .焦耳定律的微分形式，导体有电流时，必定伴有功率损耗，其功率为下一页，前页，j与e的关系，小块摇滾乐导体，功率密度，jooulaw微分形式，非静电能下其他形式的能量为电能1、电源(Source )、2.2电源电位和外部电场强度、sourceemfand0therfieldintensity、电源电动势是电源自身的特征量，与外部电路无关。外部电场强

5、度、局部外力、2 .电源电动势(Source EMF )、下一页、上一页、恒定电流的形成、电源与电路连接，通过电源的电流有负极到正极、正极到负极两种可能。 1 .电源的充电和放电，下一页，前页，Ee，EC，1.2，电源的充放电，实际的电源类型很多，根据电源形成非静电力的程序不同。 化学电池的非静电力是与络离子的溶解和堆积过程相关联的化学作用；在温差电池中，非静电力是与温度差和电子的浓度差相关联的扩散作用；在通常的发电机中，非静电力是电磁效应作用。、下一页、前一页、1 .干电池和纽扣电池(化学电源)、实际电源、干电池电动势1.5V仅依赖于化学材料，其大小取决于储存的能量，化学反应不可逆。 纽扣电

6、池电动势1.35V，固体化学材料，化学反应不可逆。 干电池，纽扣电池，前页，氢氧化燃料电池的形象，2 .燃料电池(化学电源)，电池电动势1.23V。 以氢、氧为燃料。 约40-45%的化学能转换为电能。 在实验阶段加入燃料可以继续工作。 下一页，上一页，3 .太阳能电池片(光能电源)，1个太阳能电池片电动势0.6V。 太阳光照射到P-N结，形成从n区流向p区的电流。 由于约11%的光能转换为电能，所以经常使用太阳能电池片面板。50cm2太阳能电池片电动势0.6V、电流0.1A、太阳能电池片映像、下一页、上一页、电池映像、4 .电池(化学电源)、电池电动势2V。 使用时，电池放电，电解液浓度不足

7、一定值时，电动势不足2V，经常充电，化学反应可逆。 因为前页、前页，所以对于闭环积分，站外场Ee不是维护场。 得到了电源电动势和外部电场强度、电源电动势、总电场强度、下一页、前一页、1 .基本方程、2.3基本方程的界限线连接条件、basicequationsboundaryconditions、下一页、前一页、e的闭合曲线积分和旋转度因此，电荷保存的原理、j的封闭面积分和分散度、前页、定电场为受动电场，定电场为被动无旋转电场，被动区域为保存电场。 恒电场(电源外)的基本方程、积分形式、微分形式、下一页、上一页、说明、电位方程式、拉普拉斯方程，从基本方程出发，=常数、下一页、上一页、注意，1 )

8、恒电场的拉普拉斯方程适用于无源区域，3 )恒电场没有泊松方程，下一页、上一页、恒电场的基本方程与电路的基本法则2 .边界面处的连接条件(Boundary Conditions )表示边界面处的e相切成分连续，j的法线成分连续。 通过采用与静电场(=0)、下一页、前一页、静电场类似的方式，能够容易地得到恒定电场中的不同介质界面的连接条件。 恒定电场(无源区域)、折射定律、电流线的折射、下一页、前页、1 )不良导体的电流线与良导体界面大致垂直。 2 )良导体可近似为等位体。 研究，3 )表明可以在电流场模拟静电场。 在导体和理想介质的界面、理想介质中，空气中、导体中、1 )界面导体侧的电流必须与导

9、体表面平行。下页、前页、导体与理想介质的界面、讨论、2 )导体与理想介质的界面必定有面电荷。 3 )电场的切线成分不为零，导体非等位体、导体表面非等位面、下一页、前页、理想导体与理想介质的界面。 (1)理想导体中的电场为零，电流方向上没有电压降，(2)理想介质中的e垂直于导体表面。 讨论、1 .表明恒定电场的边值问题、边值问题、下一页、上一页、2.4恒定电场的求解、恒定电场的求解可归结为恒定电场的边值问题。 试验边缘值问题，求出电弧板的电位、电场及导体界面的面电荷分布。 选择(区域)、柱坐标系，边值问题为，(区域)，下一页，前页，不同介质的弧形导电片，例如解，电位，电场强度，电荷面密度，通解，

10、下一页，前页，2 .恒定电场与静电场的比较，下一页，前页，基本方程，推导方程式，下一页，前页，因此，通过某种场合的求解和实验研究，用对应量关系置换物理量，可以得到别的场合的解。 这种方法被称为静电放电计程仪法。 下一页，上一页，结论，1 )两个字段的基本方程类似，交换对应的物理量，一个字段的基本方程成为另一个字段的基本方程。 2 )两个域的定义相同，满足拉普拉斯方程。 3 )两个场的边界条件相似。 差分方程相同：场域几何形状与边界条件相同，介质边界面折射情况相似，满足下一页、前页、静电安娜计程仪条件，求得同轴电缆的电场。 例如，解、静电场、I、定电场、下一页、前一页、结论、定电场，1 )将解定

11、电场的解析解问题转换为解静电场的解析解问题，2 )将解定电场的数值解问题转换为解静电场的数值解问题，3 )将静电场的镜像法直接用于定电场。 可以应用静电分析计程仪，镜像法的分析计程仪、静电场、定电场、下一页、前页、例如实验室用定电场模拟静电场，固体模拟(例如导电纸模拟)、实验方法：液体模拟(例如电解池模拟)、定电流场的电极表面前页，由于实验研究中静电场非常困难，许多工程的实际问题可以近似于静电场问题，是用恒流场模拟静电场的方法进行实验研究的可能方法。 也可以用恒流场研究非电相似问题。 1 .导率计算，定义了导率，2.5导率和接地电阻，导率和接地resistor，计算方法，下一页，上一页，导率计

12、算是场计算，满足比较条件支导线电极系的部分电导相当于静电系统的部分电容。 求模仿法、下一页、前页、图示同轴电缆的绝缘阻抗。 用、电导率、静电安娜计程仪法求出，代入静电场、绝缘阻抗、前页、同轴电缆的截面，例如解、边界条件，取柱坐标系、边值问题，并尝试求出了电导率片的电导率。 我知道。下一页、前一页、电场强度、弧形导电片、例如解、通解、电流、电导、电流密度、下一页、前一页、2 .接地电阻、下一页、前一页、有电路的点与大地连接。 由接地、接地器电阻、接地器与土壤间的接触电阻、土壤电阻构成。 是接地的工程意义、人身安全、保护接地。 设备的运转需要的是作业性接地。 接地器、埋在地下的导体系统(棒、球、柱、其他组合)。 接地电阻，屏蔽室的接地电阻(深度2.0米)，下一页，前一页，高压孔的网格接地电阻(深度1米)，前一页，下一页，定义接地电阻(作为参考)，下一页，前一页，计算接地电阻，计算接地电阻，考虑接地电阻的计算中的地电流分布因此，接地电阻与接