电磁场与电磁波理论课件PPT第2章优质PPT.ppt

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这一方程组及边界条件将为各类电磁场问题的讨论提供一方程组及边界条件将为各类电磁场问题的讨论提供共同的基础。

共同的基础。

电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-3基本要求基本要求掌握电荷密度、电场强度、极化强度、电位掌握电荷密度、电场强度、极化强度、电位移矢量、电流强度、磁感应强度、磁场强度移矢量、电流强度、磁感应强度、磁场强度等物理量的基本概念；

等物理量的基本概念；

掌掌握握库库仑仑定定律律等等电电磁磁场场基基本本定定律律和和麦麦克克斯斯韦韦方程组；

方程组；

掌掌握握边边界界条条件件的的一一般般形形式式以以及及三三种种常常用用的的边边界条件。

界条件。

电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-42.1基本电磁物理量基本电磁物理量I2.1.1电荷密度电荷密度I2.1.2电场强度电场强度I2.1.3电极化强度电极化强度I2.1.4电位移电位移I2.1.5电流密度电流密度I2.1.6磁感应强度磁感应强度I2.1.7磁化强度磁化强度I2.1.8磁场强度磁场强度I基本电磁物理量的关系基本电磁物理量的关系电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-52.1.1电荷密度电荷密度（ChargeDensity）I带电体以及带电体的电量带电体以及带电体的电量I体电荷密度体电荷密度I面电荷密度面电荷密度I线电荷密度线电荷密度I点电荷的体电荷密度点电荷的体电荷密度I狄拉克函数的性质狄拉克函数的性质I带电体的总电量带电体的总电量电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-6带电体以及带电体的电量带电体以及带电体的电量根根据据物物质质的的结结构构理理论论，带带电电体体所所带带电电量量是是不不连连续续分分布布的的，它它必必为为电电子子电电量量的的整整数数倍倍。

但但是是，当当我我们们观观察察一一个个带带电电物物体体的的宏宏观观电电特特性性时时，所所观观察察到到的的往往往往是是大大量量带带电电微微粒粒的的平平均均效效应应。

因因此此，可可以以将将带带电电体体内内的的电电荷荷分分布布近近似似视视为为是是连连续续的的，从从而而采采用用电电荷荷密密度度来来描描述述它它的的电电荷荷分分布布状状况况。

根根据据带带电电体体的的形形状状，可可以以分分别别采采用用体体电电荷荷密密度度、面面电电荷荷密密度度和和线电荷密度来表示。

线电荷密度来表示。

电量（电量（或或）带电体所带电荷的量值。

电量是一带电体所带电荷的量值。

电量是一个标量，单位是库仑（个标量，单位是库仑（）。

）。

体电荷体电荷连续分布在体积连续分布在体积内的电荷。

内的电荷。

体电荷密度体电荷密度单位体积内的电荷。

单位体积内的电荷。

体电荷的总电量体电荷的总电量电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-7体电荷以及体电荷密度体电荷以及体电荷密度（volumechargedensity）（2.1.1）（2.1.2）面电荷面电荷分布在一个表面积为分布在一个表面积为的薄层上的薄层上的电荷。

的电荷。

面电荷密度面电荷密度单位面积上的电荷。

单位面积上的电荷。

面电荷的总电量面电荷的总电量电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-8面电荷以及面电荷密度面电荷以及面电荷密度（surfacechargedensity）（2.1.3）（2.1.4）线电荷线电荷分布在一个长度为分布在一个长度为的细线上的细线上的电荷。

线电荷密度线电荷密度单位长度上的电荷。

单位长度上的电荷。

线电荷的总电量线电荷的总电量电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-9线电荷以及线电荷以及线电荷密度线电荷密度（linechargedensity）（2.1.5）（2.1.6）电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-10点电荷以及点电荷的体电荷密度点电荷以及点电荷的体电荷密度（2.1.7）点电荷系点电荷系的电荷密度的电荷密度（2.1.12）点点电电荷荷一一个个体体积积很很小小而而电电量量很很大大的的带带电电小小球球体体。

当当观观察察点点至至带带电电体体的的距距离离远远大大于于带带电电体体本本身身的的尺尺寸寸时时，常常常常忽忽略略带带电电体体的的大大小小和和形形状状给给计计算算带带来来的的影影响响，近近似似地地将将该该带带电体视为一个点电荷。

电体视为一个点电荷。

单位点电荷的密度单位点电荷的密度带电量为带电量为1库仑的点电荷的电荷密度库仑的点电荷的电荷密度空间任一积分区域空间任一积分区域在点在点上连续的任一标量函数上连续的任一标量函数狄拉克（狄拉克（Dirac）函数的性质）函数的性质电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-11（2.1.8）（2.1.9）（2.1.10）电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-12带电体的总电量带电体的总电量在空间的同一位置只能存在一种电荷分布。

在空间的同一位置只能存在一种电荷分布。

空间的总电量空间的总电量各种不同形式的电荷分布的关系（电荷元）各种不同形式的电荷分布的关系（电荷元）（2.1.14）电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-132.1.2电场强度电场强度（ElectricFieldIntensity）I试验电荷和电场力试验电荷和电场力I电场强度和电力线电场强度和电力线电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-14试验电荷（试验电荷（testcharge）电量足够小的点电荷。

电量足够小的点电荷。

它的引入不会对原有的电场产生影响。

试试验验表表明明，电电场场力力的的大大小小与与试试验验电电荷荷的的电电量量成成正正比比。

并并且且这这个个比比值值与与试试验验电电荷荷的的大大小小无无关关，仅仅随随试试验验电电荷荷所所处处的的位位置而变化，很适合于用来描述电场的性质。

置而变化，很适合于用来描述电场的性质。

试验电荷和电场力试验电荷和电场力电场力（电场力（electricforce）带电体在电场中所承受的带电体在电场中所承受的电场对它的作用力。

电场对它的作用力。

电场强度电场强度单位正电荷所受到的电场力。

单位正电荷所受到的电场力。

电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-15（2.1.15）电力线电力线用来形象地表示空间电场分布的空间有向曲线。

用来形象地表示空间电场分布的空间有向曲线。

其稀疏密度表示电场强度的大小，而其切线方向其稀疏密度表示电场强度的大小，而其切线方向表示电场强度的方向。

表示电场强度的方向。

几种典型的电力线分布几种典型的电力线分布电场强度和电力线电场强度和电力线电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-162.1.3电极化强度电极化强度（PolarizationVector）I1.电偶极子和电偶极矩矢量电偶极子和电偶极矩矢量I2.电介质的极化和电极化强度电介质的极化和电极化强度I3.电介质中的电场电介质中的电场电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-171.电偶极子和电偶极矩矢量电偶极子和电偶极矩矢量电偶极子（电偶极子（dipole）电介质（即绝缘体）中的电介质（即绝缘体）中的分子在电场的作用下所形成的分子在电场的作用下所形成的一对一对的等值异号的点电荷。

一对一对的等值异号的点电荷。

电偶极矩矢量（电偶极矩矢量（dipolemoment）大小等于点电荷的电量和间距的乘积，大小等于点电荷的电量和间距的乘积，方向由负电荷指向正电荷方向由负电荷指向正电荷（2.1.17）电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-182.电介质的极化和电极化强度电介质的极化和电极化强度电介质的极化（电介质的极化（polarize）电介质电介质在电场的作用下，在电场的作用下，无极无极性介质的分子的正负电荷中心相对位移，形成与外电场同方性介质的分子的正负电荷中心相对位移，形成与外电场同方向的电偶极子；

而极性介质的电偶极矩矢量的取向将趋于与向的电偶极子；

而极性介质的电偶极矩矢量的取向将趋于与外电场方向一致。

电介质的表面将出现面极化电荷，而其内外电场方向一致。

电介质的表面将出现面极化电荷，而其内部也可能出现体极化电荷。

部也可能出现体极化电荷。

电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-19电极化强度电极化强度单位体积内分子电偶极距的矢量和。

单位体积内分子电偶极距的矢量和。

（2.1.18）式中的式中的是一个无限小的量，它应远小于介质的非均匀是一个无限小的量，它应远小于介质的非均匀性。

但是它是一个相对无限小，而不是数学上的绝对无限性。

但是它是一个相对无限小，而不是数学上的绝对无限小，它应大于分子、原子的间距。

小，它应大于分子、原子的间距。

若在介质中任取一个闭合曲面若在介质中任取一个闭合曲面，可以证明，可以证明（2.1.19）极化电荷和束缚电荷（极化电荷和束缚电荷（boundvolumecharge）2.电介质的极化和电极化强度电介质的极化和电极化强度合成电场合成电场外加电场与由极化电荷所产生的附加电场之和外加电场与由极化电荷所产生的附加电场之和一般情况下，附加电场与外加电场方向相反，故一般情况下，附加电场与外加电场方向相反，故线性各向同性（线性各向同性（isotropic）的电介质中的极化强度）的电介质中