工程电磁场(冯慈璋)书后思考题[精品文档]
1—1 试回答下列各问题:
(1)等位面上的电位处处一样,因此面上各处的电场强度的数值也句话对吗,试举例说明。
L』J米处吧议g=u,囚此那里Bg电场C=一vg=一V 0=0。对吗?
(3)甲处电位是10000v,乙处电位是10v故甲处的电场强度大于乙处的
电场强度。对吗?
答此三问的内容基本一致,均是不正确的。静电场中电场强度是电位函数的梯度,即电场强度E是电位函数甲沿最大减小率方向的空间变化率。P的数值大小与辽的大小无关,因此甲处电位虽是10000v,大于乙处的电位,但并不等于甲处的电场强度大于乙处的电场强度。在等位面上的电位均相等,只能说明沿等位面切线方向,电位的变化率等于零,因此等位面上任一点的电场强度沿该面切线方向的分量等于军,即fl=0。而电位函数沿等位面法线方向的变化宰并不一定等于零,即Zn不一定为零,且数值也不一定相等。即使等位面上g;0,该面上任一点沿等位面法线方向电位函数的变化串也不一定等于零。例如:静电场中导体表面为等位面,但导体表面上电场强度召垂直于导体表面,大小与导体表面各点的曲率半径有关,曲率半径越小的地方电荷面密度越大.电场强度的数值也越大o
1—2 电力线是不是点电荷在电场中的运动轨迹(设此点电荷陈电场力外
不受其它力的作用)?
答电力线仅表示该线上任—点的切线方向与该点电场强度方向一致,即表示出点电荷在此处的受力方向,但并不能表示出点电荷在该点的运动方向,故电力线不是点电荷在电场中的运动轨迹。
1—3 证明:等位区的充要条件是该区域内场强处处为零。
证明若等位区内某点的电场强度不为零,由厦;一v9可知v9乒0.即此点的电位函数沿空间某方向的空间变化率不为零,则在此方向上电位必有变化.这与等位区的条件矛盾。若等位区内处处电位相等,则等位区内任—数的空间变化率为零,即仟·点的电场强度为零。由此可知命题成立
1—4 下例说法是否正确?如不正确,请举一反例加以论述o
(1)场强相等的区域,电位亦处处相等u(2)电位相等处,场强也相等。
(3)场强大处,电位一定高。(4)电场为零处,电位一定为零c
(5)电位为零处、场强一定等于零。
苔根据电场强度和电位的关系B=—v9可知:
(1)不正确。因厦相等的区域Pg必为空间坐标的函数。电容器内场强相等,但其内部电位却是变化的。
(2)不正确。因9相等处,不等于v甲相等。如不规则带电导体表面上:钎点电位均相等,们表面上—各点处的场强并不相等。
(3)不正确。因x大的地方.只表明甲的梯废大.而不是9位高。如上例中导体尖端处场强大,但表面1—各处电位相等并不—定高.电位位与参考点所选位置有关。
(4)不正确。阅5—=o,说明v69=o,即开=t:。如高电压带电导体球,其内部电场等于零,但该球内任一点的电位却不为零,而为菜—常数f
(5)不正确。因严=o处,不一亿vP=0所以五不—’定为零c如充电平行板电容器中,一个极板接地电位为零,但该极板相对另’—极板的表面上电场强度不为零。
1—5 两条电力线能否相切?同一条电力线上任意两点的电位能否相等?为什么?
答电力线的疏密表示电场强度的弱或强,电力线越密,说明该处的场强越大。因此,若两条电力线相切,在切点处两条电力线无限靠近,即表东切点处的场强趋于无限大,这是不符合实际的,所以电力线不能构切。因为严=j五dj,说明间—”条电力线上任意两点的电位不能相等,沿电力线方向电位在减小。
1—6 不同电位的两个等位面能否相交或相切7同一等位面内任意两点的场强是否一定相等?场强在等位面上的切向分量是否—定等于零?电依在带电面两侧会不会突变?
答不同电位的两个等位面不能相交或相切,否则在交点或切点上的电位特有两个不同的电位值。第2,3问可参见思考题1—t的解答。内电位函数在分界面上的衔接条件
分法、有限元法、模拟电荷法和矩量法等。二是间接计算法,如镜像法,电轴法。
1—29电缆为什么要制成多层绝缘的结构(即在内、外导体问用介电常数各不相同的多层介质)?各层介质的介电常数的选取遵循什么原则?为什么?
答在电缆内、外导体之间施加同样电压的情况下,对于多层绝缘结构,其电介质中电场强度的最大值比单层绝缘情况下的电场强度的最大值小,这样多层绝缘的电缆可以承受更大的电压。如果各层介质的介电常数选择为c?P1;‘2P2=s3P3;…(PZ为i层介质的最小
电磁场与电磁波波试卷3套含答案
《电磁场与电磁波》试卷1 一. 填空题(每空2分,共40分) 1.矢量场的环流量有两种特性:一是环流量为0,表明这个矢量场 无漩涡流动 。另一个是环流量不为0,表明矢量场的 流体沿着闭合回做漩涡流动 。 2.带电导体内静电场值为 0 ,从电位的角度来说,导体是一个 等电位体 ,电荷分布在导体的 表面 。 3.分离变量法是一种重要的求解微分方程的方法,这种方法要求待求的偏微分方程的解可以表示为 3个 函数的乘积,而且每个函数仅是 一个 坐标的函数,这样可以把偏微分方程化为 常微分方程 来求解。 4.求解边值问题时的边界条件分为3类,第一类为 整个边界上的电位函数为已知 ,这种条件成为狄利克莱条件。第二类为已知 整个边界上的电位法向导数 ,成为诺伊曼条件。第三类条件为 部分边界上的电位为已知,另一部分边界上电位法向导数已知 ,称为混合边界条件。在每种边界条件下,方程的解是 唯一的 。 5.无界的介质空间中场的基本变量B 和H 是 连续可导的 ,当遇到不同介质的分 界面时,B 和H 经过分解面时要发生 突变 ,用公式表示就是 12()0n B B ?-=,12()s n H H J ?-=。 6.亥姆霍兹定理可以对Maxwell 方程做一个简单的解释:矢量场的 旋度 ,和 散度 都表示矢量场的源,Maxwell 方程表明了 电磁场 和它们的 源 之间的关系。 二.简述和计算题(60分) 1.简述均匀导波系统上传播的电磁波的模式。(10分) 答:(1)在电磁波传播方向上没有电场和磁场分量,即电场和磁场完全在横平面内,这种模式的电磁波称为横电磁波,简称TEM 波。 (2)在电磁波传播方向上有电场和但没有磁场分量,即磁场在横平面内,这种模式的电磁波称为横磁波,简称TM 波。因为它只有纵向电场分量,又成为电波或E 波。 (3)在电磁波传播方向上有磁场但没有电场分量,即电场在横平面内,这种模式的电磁波称为横电波,简称TE 波。因为它只有纵向磁场分量,又成为磁波或M 波。 从Maxwell 方程和边界条件求解得到的场型分布都可以用一个或几个上述模式的适当幅相组合来表征。 2.写出时变电磁场的几种场参量的边界条件。(12分) 解:H 的边界条件 12()s n H H J ?-= E 的边界条件
电磁场与电磁波课后习题及答案六章习题解答
第六章 时变电磁场 有一导体滑片在两根平行的轨道上滑动,整个装置位于正弦时变磁场 5cos mT z e t ω=B 之中,如题图所示。滑片的位置由0.35(1cos )m x t ω=-确定,轨道终 端接有电阻0.2R =Ω,试求电流i. 解 穿过导体回路abcda 的磁通为 5cos 0.2(0.7) cos [0.70.35(1cos )]0.35cos (1cos )z z d B ad ab t x t t t t ωωωωωΦ==?=?-=--=+?g g B S e e 故感应电流为 11 0.35sin (12cos ) 1.75sin (12cos )mA in d i R R dt t t t t R ωωωωωωΦ = =-=-+-+E 一根半径为a 的长圆柱形介质棒放入均匀磁场0z B =B e 中与z 轴平行。设棒以角速 度ω绕轴作等速旋转,求介质内的极化强度、体积内和表面上单位长度的极化电荷。 解 介质棒内距轴线距离为r 处的感应电场为 00 z r r r B φωω=?=?=E v B e e B e 故介质棒内的极化强度为 00000(1)()e r r r r B r B εεεωεεω==-=-P E e e X 极化电荷体密度为 200 00 11()()2()P rP r B r r r r B ρεεωεεω?? =-??=- =--??=--P 极化电荷面密度为 0000()()P r r r a e r a B σεεωεεω==?=-?=-P n B e 则介质体积内和表面上同单位长度的极化电荷分别为 220020012()212()P P PS P Q a a B Q a a B πρπεεωπσπεεω=??=--=??=- 平行双线传输线与一矩形回路共面,如题图所示。设0.2a m =、0.1m b c d ===、7 1.0cos(210)A i t π=?,求回路中的感应电动势。
电磁场与电磁波试题及答案
1.麦克斯韦的物理意义:根据亥姆霍兹定理,矢量场的旋度和散度都表示矢量场的源。麦克斯韦方程表明了电磁场和它们的源之间的全部关系:除了真实电流外,变化的电场(位移电流)也是磁场的源;除电荷外,变化的磁场也是电场的源。 1. 写出非限定情况下麦克斯韦方程组的微分形式,并简要说明其物理意义。 2.答非限定情况下麦克斯韦方程组的微分形式为,,0,D B H J E B D t t ρ????=+ ??=-??=??=??,(3分)(表明了电磁场和它们的源之间的全部关系除了真实电流外,变化的电场(位移电流)也是磁场的源;除电荷外,变化的磁 场也是电场的源。 1.简述集总参数电路和分布参数电路的区别: 2.答:总参数电路和分布参数电路的区别主要有二:(1)集总参数电路上传输的信号的波长远大于传输线的几何尺寸;而分布参数电路上传输的信号的波长和传输线的几何尺寸可以比拟。(2)集总参数电路的传输线上各点电压(或电流)的大小与相位可近似认为相同,无分布参数效应;而分布参数电路的传输线上各点电压(或电流)的大小与相位均不相同,呈现出电路参数的分布效应。 1.写出求解静电场边值问题常用的三类边界条件。 2.答:实际边值问题的边界条件可以分为三类:第一类是整个边界上的电位已知,称为“狄利克莱”边界条件;第二类是已知边界上的电位法向导数,称为“诺依曼”边界条件;第三类是一部分边界上电位已知,而另一部分上的电位法向导数已知,称为混合边界条件。 1.简述色散效应和趋肤效应。 2.答:在导电媒质中,电磁波的传播速度(相速)随频率改变的现象,称为色散效应。在良导体中电磁波只存在于导体表面的现象称为趋肤效应。 1.在无界的理想媒质中传播的均匀平面波有何特性?在导电媒质中传播的均匀平面波有何特性? 2. 在无界的理想媒质中传播的均匀平面波的特点如下:电场、磁场的振幅不随传播距离增加而衰减,幅度相差一个实数因子η(理想媒质的本征阻抗);时间相位相同;在空间相互垂直,与传播方向呈右手螺旋关系,为TEM 波。 在导电媒质中传播的均匀平面波的特点如下:电磁场的振幅随传播距离增加而呈指数规律衰减;电、磁场不同相,电场相位超前于磁场相位;在空间相互垂直,与传播方向呈右手螺旋关系,为色散的TEM 啵。 1. 写出时变电磁场在1为理想导体与2为理想介质分界面时的边界条件。 2. 时变场的一般边界条件 2n D σ=、20t E =、2t s H J =、20n B =。 (或矢量式2n D σ=、20n E ?=、 2s n H J ?=、20n B =) 1. 写出矢量位、动态矢量位与动态标量位的表达式,并简要说明库仑规范与洛仑兹规范的意义。 2. 答矢量位,0B A A =????=;动态矢量位A E t ??=-?- ?或A E t ??+=-??。库仑规范与洛仑兹规范的作用都 是限制A 的散度,从而使A 的取值具有唯一性;库仑规范用在静态场,洛仑兹规范用在时变场。 1. 简述穿过闭合曲面的通量及其物理定义 2. s A ds φ=??? 是矢量A 穿过闭合曲面S 的通量或发散量。若Ф> 0,流出S 面的通量大于流入的通量,即通 量由S 面内向外扩散,说明S 面内有正源若Ф< 0,则流入S 面的通量大于流出的通量,即通量向S 面内汇集,说明S 面内有负源。若Ф=0,则流入S 面的通量等于流出的通量,说明S 面内无源。 1. 证明位置矢量 x y z r e x e y e z =++ 的散度,并由此说明矢量场的散度与坐标的选择无关。 2. 证明在直角坐标系里计算 ,则有 ()()x y z x y z r r e e e e x e y e z x y z ? ? ?????=++?++ ?????? 3x y z x y z ???= ++=??? 若在球坐标系里计算,则 23 22 11()()()3r r r r r r r r r ????===??由此说明了矢量场的散度与坐标的选择无关。 1. 在直角坐标系证明0A ????= 2.
工程电磁场课后题目答案
2-5有两相距为d 的无限大平行平面电荷,电荷面密度分别为σ和σ-。求由这两 个无限大平面分割出的三个空间区域的电场强度。 解: 10 00 22E σ σσεεε??= --= ??? 20 0300 22022E E σσεεσσεε??=- --= ???= -= 2-7有一半径为a 的均匀带电无限长圆柱体,其单位长度上带电量为τ,求空间的 电场强度。 解:做一同轴单位长度高斯面,半径为r (1)当r ≦a 时,2 2 2 012112E r r a r E a τ πππετπε??=? ??= (2)当r>a 时,0 022E r E r τπετπε?= = 2-15有一分区均匀电介质电场,区域1(0z <)中的相对介电常数12r ε=,区域2(0z >)中的相对介电常数25r ε=。已知1234x y z =-+E e e e ,求1D ,2E 和2D 。 解:电场切向连续,电位移矢量法向连续 () () 11 222 1111 2 22122202020210220 20,10,505020,10,201050502010201050x y z r r x r y r z r r x r y r z r x y z r r x r y r z E E D D D E D e e e E e e e D e e e εεεεεεεεεεεεεεεεεε==-===-=∴=-+=-+ =-+ 2-16一半径为a 的金属球位于两种不同电介质的无穷大分界平面处,导体球的电位为0?,
求两种电介质中各点的电场强度和电位移矢量。
解:边界电场连续,做半径为r 的高斯面 ()()()()()()2212122 1202 121212002222222S a a r D dS r E E r E Q Q E r Q Q E dr dr r a Q a a E e r πεεπεεπεε?πεεπεεπεε??∞ ∞?=+=+=∴= +?===++∴=+∴=?? ? ? 1 2 1020 1222 10 20 112210 20 1020 ,,,r r p n p n a a D e D e r r D D a a p e p e a a ε?ε?ε?ε?σσεεεεσ?σ?= === == --=?=- =?=- 两介质分界面上无极化电荷。 4-6 解:当2d z <- 时,()02 y x K B e e μ=- 当22d d z -<<时,()02 y x K B e e μ=-- 当2d z >时,()02 y x K B e e μ=-+ 4-8 解:当1r R <时,20022 1122r rI rB I B R R μπμπππ=?= 当12R r R <<时,0022I rB I B r μπμπ=?= 当23R r R <<时,()()2222 20302 222 323222r R I R r rB I I B r R R R R πμπμππ??--??=-?=?--???? 当3r R >时,0B = 4-9 解:2 0022 RJ RB R J B μπμπ=??=
电磁场课后习题答案
一 习题答案(第二章) 2.4 由E =-?? 已知?=+2ax b 得2E a =-??=- x ax 根据高斯定理:0 .E ?= ρ ε得 电荷密度为: 00.E ==? -2a ρεε 2.6 取直角坐标系如图所示,设圆盘位于xoy 平面,圆盘中心与坐标原点重合 方法1: 由 ' 04s s ds R ρ?=πε? 在球坐标系求电位值,取带点坐标表示源区