电磁场中的基本物理量和基本实验定律

1、2020/7/17，1，2.1电磁场的基本物理量和实验定律。自然界中最小的带电粒子(包括电子和质子)的电荷通常用q来表示。从微观的角度来看，电荷以离散的方式出现在空间中。从宏观电磁学的角度来看，当大量带电粒子密集地出现在某一空间时，可以假设电荷以连续的形式分布在该范围内的几种电荷分布模式中：在空间中-在电荷体积密度平面上-在电荷表面密度S线上-电荷线密度l，2.1.1电荷和电荷密度，第2章，2020年7月17日，2，体积电荷：电荷以一定的体积连续分布在电荷空间中， 以体积元素为例，其中电荷是体积电荷分布，表面电荷：当电荷只存在于薄层上时，电荷被称为表面电荷，表面电荷密度被定义。 在表面电荷中，

2、取面积元素，其中电荷是，那么，表面电荷分布，点电荷，2020/7/17、在线电荷上，取任何线元素，其中电荷量为，那么线电荷密度称为点电荷，当电荷体的体积很小时，可以忽略不计。点电荷可以看作是电量无限集中在一个几何点上的理想情况。点充电，点充电，2020/7/17，当充电速度不随时间变化时，电流不随时间变化，这称为恒定(稳定)电流空间。除速度外，每个点电荷的流动方向可能不同。电流的分布不能仅用通过某一部分的电荷量来描述。引入电流密度来描述电流的分布。电流的几种分布模式是：在空间中-在电流密度平面上-在电流密度平面上-在线电流I上，电荷的宏观方向运动称为电流，它通常用I表示，定义为2.1.2电流和

3、电流密度。电流的物理意义：单位时间内流经曲面S的电荷量，2020/7/17，5，1。体积电流密度矢量。体积电流密度矢量：定义：其中：是正电荷运动的方向(电流)。它围绕研究点并垂直于面板。通过面板的电流。单位：A/，与时间无关，但一般与空间坐标有关，即在恒定电场中：2020/7/17，6。如果在电荷流动区域的某一点取一个垂直于电流方向的面元，则及时通过的电荷量为：因此它与移动电荷的体积密度和移动速度有关。通过横截面积s的电流反映了空间中每个点上电流的物理量，形成空间矢量场，其在某一点上的方向是正电荷运动的方向。如果有n种带电粒子，电荷密度为1，平均速度为2020/7/17，8，则表面电流密度的定

4、义为：当电荷集中并在厚度趋于零的薄层(如导体表面)中流动时，电流被认为是表面电流或表面电流，其分布用表面电流密度矢量表示。面电流分布，2020/7/17，9，流过任意线段的电流I:与面密度和移动电荷的速度之间的关系：在电荷流动区域的某一点，取一个与电流流动方向垂直的线元，则在时间上通过的电荷量为：它是反映薄层中每个点的电流的物理量。它形成一个空间矢量场，在空间中沿电流方向分布。当一个点的大小是单位时间内电的单位长度时，表面电流称为理想表面电流，当薄层厚度接近零时，形成的电流为线电流。电流元素：无限小长度的线电流元素。线电流和电流元件，2020/7/17，11，2.1.3库仑定律和电场强度，库仑

5、定律描述了真空中两个静态点电荷之间的相互作用力定律，库仑定律内容：如图所示，电荷q1对电荷q2的作用力为：其中：为真空中的介电常数。库仑定律是一个实验定律理想定律。1.库仑定律：2020/7/17，12。为了进一步讨论库仑定律，作用力的大小与电量成正比，与距离的平方成反比，方向在连线上。一个电荷上多个电荷的静电力是每个电荷力的矢量叠加，即连续分布电荷系统的静电力必须通过矢量积分求解。电场强度矢量，电场的定义，电场强度矢量用来表示电场的大小和方向，电场是围绕电荷形成的物质。当这种物质中有另一种电荷时，它将受到电场力的影响。静电荷产生的电场称为静电场。电荷随时间变化产生的电场称为时变电场。实验表明

6、：电荷之间的相互作用力是通过电场传递的。2020年7月17日的实验表明，电场中电荷q0的电场力与其自身的电量q0成正比，并且与电荷所在的电场强度成正比，也就是说，为了进一步讨论电场强度，电场强度为矢量场，当所有点都相同时，称为均匀电场。电场强度是施加到单位正点电荷上的电场力，它只与产生电场的电荷有关。该公式适用于静电场和时变场。空间任意点的单点电荷q激发的电场为1.4(7)，2020/7/17，由多点电荷组成的电荷系统产生的电场，空间任意点的n点电荷组成的电荷系统根据矢量叠加原理激发的电场为：源点，带撇号的源，2020/。处理思路：1)无限细分区域(点电荷)2)检查每个区域3)矢量叠加原理。如

7、果体积电荷密度为0，并且图中点P处产生的电场为0，则点P处的电荷在整个体积中产生的电场为0，并且由连续分布的电荷系统产生的电场在空间中的任意点处连续分布。2020年7月17日，表面电荷和线电荷产生的电场只需替换上述公式中的电荷体积密度、体积元素和积分面积，例如，线电荷、表面电荷，21，2020/7/17，以撇取源为例，线密度的线电荷均匀分布在有限长的直线L上，计算线外任意点的电场强度，解为3360。轴线与直线重合，原点在直线的中点，场点坐标为，线电荷元为，场点的电场强度沿柱坐标系，三分量为：源与坐标系中的变量无关，因此场与该变量无关。无论源是什么形状的坐标系。2020/7/17，即，2020/

8、7/17，如果导线是无限长的，那么，点处的长线段所产生的电场是：2020/7/17，21，例2.2内半径为、的均匀带电环形薄圆盘采用圆柱坐标系，场点坐标是P(0，0，Z)。表面电荷元，即距场点的距离矢量，有解：所以场点P的电场强度是，并且因为，结果表明在均匀环形薄圆盘轴上只有方向上的电场分量。x、y、2020/7/17，23、2.1.4安培力定律和磁感应强度，安培力定律描述了真空中两个电流回路之间的相互作用力定律。其中：是真空中的磁导率。C1上的电流元件对C2上的电流元件的磁场力是安培定律的微分形式，两个电流元件的相互作用力，1。安培定律-实验定律：2020/7/17，24，然后在C2上积分上

9、述公式，得到回路C1对回路C2的力，并在回路C1上积分，得到回路C1作用在电流元件上的力，两个电流2020/7/17，25，2。磁力是由磁场传递的电流，或者磁铁会在其周围空间激发磁场。磁场将对其中的运动电荷(电流)或磁铁施加力。电流元件在磁场中的磁力与磁场有关，电流元件在这一点上的强度和方向，即2020/7/17/26，Bisavart定律，如果它是由电流元件产生的，从安培定律可以知道，电流在回路中产生的磁感应强度是：Bisavart定律，这表明：满足右手螺旋关系。2020/7/17，Biosavart定律讨论，任意电流环C产生的磁感应强度，表面电流产生的磁场和真空中体电流产生的磁场可以分解成许多细电流管，可以近似看作线电流。如果此时有I=的话，当前元素是，get，2020/7/17，28，Solution:选择坐标系圆柱坐标系：在z轴上