[电磁场与电磁波]-第二章-电磁场的基本规律.ppt

2.1电荷守恒定律本节内容
2.1.1电荷与电荷密度
2.1.2电流与电流密度
2.1.3电荷守恒定律
•电荷是物质基本属性之一。
•1897年英国科学家汤姆逊(J.J.Thomson)在实验中发现了电子。
•1907—1913年间，美国科学家密立根(R.A.Miliken)通过油滴实验，精确测定电子电荷的量值为
e=1.60217733×10-19(单位：C)
确认了电荷的量子化概念。换句话说，e是最小的电荷，而任何带电粒子所带电荷都是e的整数倍。1.电荷体密度若电荷分布在薄层上，当仅考虑薄层外、距薄层的距离要比薄层的厚度大得多处的电场，而不分析和计算该薄层内的电场时，可将该薄层的厚度忽略，认为电荷是面分布。面分布的电荷可用电荷面密度表示。若电荷分布在细线上，当仅考虑细线外、距细线的距离要比细线的直径大得多处的电场，而不分析和计算线内的电场时，可将线的直径忽略，认为电荷是线分布。线分布的电荷可用电荷线密度表示。对于总电荷为q的电荷集中在很小区域V的情况，当不分析和计算该电荷所在的小区域中的电场，而仅需要分析和计算电场的区域又距离电荷区很远，即场点距源点的距离远大于电荷所在的源区的线度时，小体积V中的电荷可看作位于该区域中心、电荷为q的点电荷。2.1.2电流与电流密度电荷在某一体积内定向运动所形成的电流称为体电流，用电流密度矢量来描述。2.面电流2005-1-252.1.3电荷守恒定律（电流连续性方程）2.2真空中静电场的基本规律1.库仑（Coulomb）定律(1785年)电场力服从叠加定理2.电场强度 真空中电场强度的计算公式库仑定律的重要结论：线密度为的线分布电荷的电场强度3.几种典型电荷分布的电场强度——电偶极矩电偶极子是由相距非常近的正负两个点电荷组成的电荷系。例2.2.1计算均匀带电的环形薄圆盘轴线上任意点的电场强度。立体角
特点：a.与半径R无关高斯定理描述通过一个闭合面电场强度通量与闭合面内电荷间关系，点电荷的电场穿过任意闭曲面S的通量。曲面上的电场强度是由空间所有电荷产生的，并不是与曲面外的电荷无关，而是外部电荷在闭合曲面上产生的电场强度的通量为零。由体积V的任意性有a.在点电荷的电场中任取一条连接AB两点的曲线静电系统守恒定理证明
c.微分形式
由斯托克斯定理环路定理表明：静电场是无旋场，是保守场，电场力做功与路径
无关。在电场分布具有一定对称性的情况下，可以利用高斯定理计算电场强度。无限大平面电荷：如无限大的均匀带电平面、平板等。例2.2.2求真空中均匀带电球体的场强分布。已知球体半径为a，电荷密度为0。2.3真空中恒定磁场的基本规律1.安培力定律2.磁感应强度 任意电流回路C产生的磁感应强度3.几种典型电流分布的磁感应强度，而场点P的位置矢量为，故得可见，线电流圆环轴线上的磁感应强度只有轴向分量，这是因为圆环上各对称点处的电流元在场点P产生的磁感应强度的径向分量相互抵消。任意闭合面通量：任意闭合面通量：磁通连续性原理表明：恒定磁场是无散场，磁感应线是无起点和
终点的闭合曲线。自然界中不存在孤立磁
荷，磁单极磁场的环流：如图：分析沿任意C的环流特性,P为C上的一个场点.p沿回路C走一周当C和C’套连时：起点A-终点B时：安培环路定理表明：恒定磁场是有旋场，是非保守场、电流是磁
场的旋涡源。解：分析场的分布，取安培环路如图，则解选用圆柱坐标系，则应用安培环路定理，得2.4媒质的电磁特性电磁场总是存在于自由空间（真空）和物质中的。真空及物质称为电磁场的媒质。传导：物质在外加电场作用下产生传导电流的现象。有传导特性的称导体，反之为绝缘体。2.4.1电介质的极化电位移矢量的物理意义：单位体积内分子电偶
极矩的矢量和。由于极化，正、负电荷发生位移，在电介质内部可能出现净余的极化电荷分布，同时在电介质的表面上有面分布的极化电荷。(2)极化电荷面密度将极化电荷体密度表达式代入，有其中称为介质的介电常数，单位F/m
称为介质的相对介电常数（无量纲）。3.4半径为a的球中充满密度的体电荷，

已知电场分布为其中A为常数，
试求电荷密度2.4.2磁介质的磁化磁场强度3.磁化电流由，即得到磁化电流体密度4.磁场强度介质中安培环路定理则得到介质中的安培环路定理为：其中称为介质的磁导率，单位H/m称为介质的相对磁导率（无量纲）。
磁性介质按其特性主要分为顺磁性物质、抗磁性物质和铁磁性物质
１:顺磁性物质：
2:抗磁性物质：
因此顺磁性物质与抗磁性物质均可取μ＝μ0，它们对磁场的影响都可以忽略。真空中
3:铁磁BH成为非线性，而且是
复杂的多值关系，铁磁性物质在
外磁场中的磁化情况是通过外加
磁场强度和其中磁感应强度B的关
系曲线——磁滞回线来表示，μr的
值很大，不再是常量，而是H的函数
而且与磁性物质的磁化过程有关。
即为非常