工程电磁场原理
工程电磁场原理倪光正第一章
工程电磁场数值分析方法简
05
介
有限差分法
差分原理
将电磁场连续域问题离散 化，用差分方程近似代替 微分方程。
求解方法
采用迭代法或直接法求解 差分方程，得到电磁场数 值解。
差分格式
构造差分格式，将微分方 程转化为差分方程。
有限元法
有限元原理
将连续域划分为有限个单元，每个单元内用 插值函数表示未知量。
有限元方程
根据变分原理或加权余量法建立有限元方程。
求解方法
采用迭代法或直接法求解有限元方程，得到 电磁场数值解。
边界元法
边界元原理
将微分方程边值问题转化为边界积分方程问题。
边界元方程
根据格林公式和边界条件建立边界元方程。
求解方法
采用迭代法或直接法求解边界元方程，得到电磁场数值解。
各种数值分析方法的比较与选用
工程电磁场原理倪光 正第一章
目录
• 绪论 • 静电场的基本概念和性质 • 恒定电场的基本概念和性质 • 时变电磁场的基本概念和性质 • 工程电磁场数值分析方法简介
01
绪论
电磁场理论的重要性
01 电磁场是物质存在的基本形式之一
电磁场与物质相互作用，是物质存在的基本形式 之一，对于理解物质的本质和相互作用机制具有 重要意义。
研究任务
工程电磁场的研究任务包括揭示电磁场的本质和 规律，探索新的电磁现象和应用，以及解决工程 实际中的电磁问题。
电磁场理论的发展历史
01
静电学和静磁学阶段
早期人们主要研究静电和静磁现象，建立了库仑定律和安培定律等基本
定律。
02 03
电磁感应和电磁波阶段
19世纪初，法拉第发现了电磁感应现象，揭示了电与磁之间的联系。随 后，麦克斯韦建立了完整的电磁波理论，预言了电磁波的存在，并阐明 了光是一种电磁波。
工程电磁场原理第三版教学设计
工程电磁场原理第三版教学设计一、引言《工程电磁场原理》是本科电磁场理论课程的一门重要课程。
本门课程旨在使学生了解电磁场的基本理论和应用，同时使学生掌握分析电场和磁场的方法，以及掌握电磁场解析方法和数值模拟方法。
本文以工程电磁场原理第三版为教材，针对本门课程进行教学设计。
二、课程内容本课程主要包括以下内容：1.静电场：库仑定律、高斯定理、电场势、静电场基本解、静电场能量。
2.定常磁场：安培定律、比奥-萨伐尔定律、定常磁场基本解、磁场能量。
3.电磁波：麦克斯韦方程组、电磁波方程、电磁波在介质中的传输。
4.电磁辐射：李纳-维谢尔势函数、辐射场基本解、天线基本原理和设计。
三、教学目标1.理解电磁场基本定律和方程组。
2.能够运用电磁场基本解分析场问题。
3.熟悉电磁波在自由空间和介质中的传输特性。
4.掌握电磁场解析和数值方法的基本功底。
5.能够应用所学的知识和方法进行电磁场分析和天线设计。
四、教学方法1.讲授法：采用教师讲解课件的形式，让学生对电磁场基本定律和方程组有一个全面的了解。
2.课堂练习：教师分发一些例题，让学生在课堂上进行分析和解答，提高学生的应用能力。
3.计算机模拟：使用Matlab等计算机软件进行电磁场的数值模拟，让学生熟悉电磁场计算方法和软件操作。
4.实验教学：组织学生进行电磁场实验，了解电磁场测量方法和实际应用。
五、教学评价1.期末考试：考查学生对电磁场基本定律、方程和解析方法的掌握情况。
2.课堂练习和作业：帮助学生巩固所学的知识和方法，提高应用能力。
3.实验报告：对学生进行实验设计和测量数据分析的能力进行评估。
4.课堂表现：包括课堂提问、讨论和课堂笔记等，评价学生学习态度和学习进程。
六、教材推荐1.工程电磁场原理（第三版），王匡靖，机械工业出版社，2018年。
2.电磁场与电磁波（第二版），谷恒明，高等教育出版社，2018年。
七、总结《工程电磁场原理》课程是电磁场理论课程中的重要课程，对于掌握电磁场基本理论和应用具有重要意义。
工程电磁场原理
工程电磁场原理
工程电磁场原理是指电磁学原理在工程领域中的应用。
电磁场是由电荷和电流产生的一种物理场，它在工程中具有广泛的应用，包括电力系统、通信系统、雷达系统、电子设备等。
工程电磁场原理主要涉及以下几个方面：
1.库仑定律：库仑定律描述了两个电荷之间的作用力与它们
之间的距离和电量大小的关系。
在工程中，库仑定律可以
用于计算电荷之间的静电力，并在设计电气设备时考虑电
荷之间的斥力或吸引力。
2.安培定律：安培定律描述了电流元产生的磁场与电流元之
间的关系。
在工程中，安培定律可以用于计算电流元产生
的磁场强度，并在设计电力系统或电磁设备时考虑电流元
的磁场效应。
3.法拉第电磁感应定律：法拉第电磁感应定律描述了一个变
化的磁场引起的电动势与磁场变化率的关系。
在工程中，
法拉第电磁感应定律可以用于解释电力变压器、发电机、
感应电动机等设备的工作原理。
4.麦克斯韦方程组：麦克斯韦方程组是描述电磁场行为的基
本方程集合。
在工程中，麦克斯韦方程组用于描述电磁波
的传播、天线的辐射特性、电磁兼容性等问题。
5.电磁波传播：电磁波是由振荡电场和磁场组成的能量传播
波动。
在工程中，电磁波传播原理被应用于无线通信系统、
雷达系统、无线能量传输等领域。
通过理解和应用这些工程电磁场原理，可以帮助工程师设计、分析和优化与电磁相关的系统和设备。
这些原理对于电力工程、通信工程、电子工程等领域的工程实践具有重要的指导作用。
优选工程电磁场原理倪光正
2.3.2 静电场中的电介质 • 电介质的极化
电介质—— = 0，即理想的绝缘材料。
电介质中的带电粒子被原子内在力、分子内在力或分子间的力所束缚——束 缚电荷（bound charge）。
1.极化现象
➢ 位移极化现象—— 无极分子电介质(H2、N2、O2、CH4、CCl4等) 。
Eo 0
q
Eo
非线性：媒质参数随电场的值而变化。
例 分析理想平板电容器极板间电介质中的电场。
[分析] 设该平板电容器两极板上分布的自由电荷面密度分别为 和 - 。当电极之
间为真空时，电容器内的电场强度
E0 的量值
E0
0
，其方向与电极平面垂直，
且均匀分布。
当在电极间插入均匀且各向同性的电介质 时，则如图所示，电介质中将产生
优选工程电磁场原理倪光正
2.3 导体和电介质 2.3.1 静电场中的导体
静电 感应
外电场 中导体
自由电子 反E 移动
电荷重 新分布
内电场抵 消外电场
导体静 电平衡
自由 电荷
2.3 导体和电介质 2.3.1 静电场中的导体
• 导体内部 E 0 ； • E 0 ， = const等位体； • 导体表面必与其外侧的 E 线正交；
r
1
40
V
P r dV
r r
S
P
r
r dS
r
E
r
1
40
V
P
r
eR R2
dV
P
S
r
eR R2
dS
2.4 电介质中的电场
基本出发点： 电介质中的电场——真空中，自由电荷与极化电荷共同产生的静电场。
工程电磁场原理
工程电磁场原理工程电磁场原理是一门研究电磁场理论及其应用的学科。
它涵盖了电磁场的基本原理、静电场、恒定磁场、时变电磁场、平面电磁波、导电媒质中的电磁场、电磁辐射与散射、电磁兼容与电磁防护以及电磁场数值分析等内容。
本文将对这些内容进行简要介绍。
一、电磁场基本原理电磁场的基本原理主要包括麦克斯韦方程组和坡印廷定理。
麦克斯韦方程组是描述电磁场变化的数学模型，包括了电场、磁场和它们之间的相互关系。
坡印廷定理则表示了电磁功率流与能量密度的关系，为电磁波传播和能量转换提供了理论基础。
二、静电场静电场是指电场强度不随时间变化的电场。
在静电场中，电荷分布是稳定的，不会产生电流。
静电场的特性包括电场线不闭合、电场力与电场强度成正比等。
静电场的分析方法主要包括高斯定理和电势能的概念。
三、恒定磁场恒定磁场是指磁场强度不随时间变化的磁场。
在恒定磁场中，磁力线是闭合的，不会产生感应电动势。
恒定磁场的特性包括磁场线闭合、磁感应线与磁场强度成正比等。
恒定磁场的应用包括磁力设备和磁记录技术等。
四、时变电磁场时变电磁场是指电场或磁场随时间变化的电磁场。
时变电磁场的分析方法主要包括波动方程和位函数的概念。
时变电磁波的传播速度等于光速，具有频率域的连续性和能量传递方向性等特点。
时变电磁波的应用包括无线通信、雷达探测和电磁成像等。
五、平面电磁波平面电磁波是指电场和磁场在空间中以波的形式传播的电磁波。
平面电磁波具有等相位面和等振幅面的特点，可以沿某一方向传播。
平面电磁波的分析方法主要包括波动方程和傅里叶分析等。
平面电磁波的应用包括卫星通信和电视广播等。
工程电磁场原理教学课件
磁场的产生和性质
磁场由磁荷产生，并且受到电荷和电流的影响。 磁场具有磁场线和磁感应强度的概念，能够对物体施加磁力。
洛伦兹力和电动势的作用
洛伦兹力
描述电荷在磁场中受到的力，影响电流的流动和 物体的运动。
电动势
描述电场或磁场中的能量转化为电流的能力。
变电磁电荷是电磁场的源，电场是电荷产生的场，电位移描述电场中的能量传递。 电荷和电场之间遵循库仑定律，电场线表示电场的强度和方向。 电位移是电场中的一个重要概念，衡量电场中的能量传递。
安培环路定理和法拉第电磁感应定律
安培环路定理
描述电流环路中的磁场强度分布和变化。
法拉第电磁感应定律
电磁辐射和信号传输
电磁辐射
描述电磁场向周围空间传播的过程，包括可见光、无线电波等。
信号传输
利用电磁场进行信息和数据的传递，应用于通信和无线技术。
调制和解调
调制是在信号中嵌入信息，解调是从信号中提取信息。
工程电磁场原理教学课件 PPT
欢迎来到《工程电磁场原理教学课件PPT》！本课程将深入讲解电磁场的基 本概念和原理，探讨电磁场在工程应用中的重要作用。
电磁场的基本概念和原理
电磁场是一种在空间中存在的物理场，由电荷产生，分为静电场和静磁场。 静电场由静电荷引起，表现为电荷之间的相互作用。 静磁场由静磁荷引起，表现为物体受力方向的改变。
1
变电磁场
由电荷或电流的变化引起，包括电磁感应现象和电磁辐射。
2
电磁波
由振荡的电场和磁场组成，可以在空间中传播。
3
应用和影响
变电磁场和电磁波的产生对通信、能源传输和医学诊断等领域起着重要作用。
电磁场的能量和功率
工程电磁场原理实用公式总结
1
1
力������ = q′ ������ =
������������ ������������
=
������������ 2
功率P = γ������ 2
真空高斯定理∮ ������ ∙ ������������ =
∫ ������������������ ������
=
������ ������
∆������→0 ������ ������ ������
媒质构成方程������ = ε������ ������ = μ������ ������ = γ������
������������������ ������������ ∆������→0
散度∇ ∙ ������ = lim ∮ ������ ∙ ������������⁄∆������ = ������
电荷线密度分布τ(������′ ) = lim ∆������(������′)⁄∆������ ′ = ������������(������′)⁄������������ ′ (������/������)
∆������`→0
R = ������������⁄������ ������������ = ������(������������ × ������)
������ ������ 2������������������ ������
������ = tan ������
������ 4������������������������
������������ = sec ������ 2 ������������ dq = ρdv ′ = σds ′ = τdl′
2������2
1 +������2
工程电磁场原理
工程电磁场原理
工程电磁场原理是指电磁场在工程领域中的应用原理。
电磁场是由带电粒子所产生的一种物理现象，包括电力场和磁场。
电力场是由带电粒子产生的力场，其力的作用效应是吸引或排斥其它带电粒子；磁场是由带电体运动或电流所产生的，可以产生磁力效应。
电磁场的作用在工程中是非常广泛的。
首先，在电力系统中，电磁场是通过输电线路和变压器传输电能的基础。
电力系统中的输电线路是由带有电流的导线组成的，通过电流在导线中产生磁场，从而实现电能的传输。
电力系统中的变压器则利用了电磁场的相互感应原理，将高电压转换为低电压或者低电压转换为高电压，以满足工业和民用电能供应的需求。
其次，在通信系统中，电磁场也起到了至关重要的作用。
移动通信系统、广播电视系统以及卫星通信系统等，都是基于电磁波的传播原理来实现信息的传输。
电磁波是由电场和磁场振荡所产生的扰动，在空间中以波的形式传播。
不同频率的电磁波有不同的特性，可以被用于不同类型的通信、广播和数据传输。
另外，电磁场的应用还涉及到电磁传感技术。
电磁传感技术利用电磁场与物体相互作用的原理来实现对物体的测量、监控和控制。
例如，通过电磁传感技术可以实现对温度、压力、湿度、流量等物理量的测量，从而广泛应用于自动化控制领域，提高生产效率和产品质量。
总之，工程电磁场原理是指电磁场在工程中的应用原理，涉及
到电力系统、通信系统和电磁传感技术等方面。
通过充分理解和应用电磁场原理，可以实现对电能的传输、信息的传播以及物体的测量和控制。
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工程电磁场原理
电磁场是电荷和电流产生的物理场，是电磁学的重要基础。
在工程领域，电磁
场原理被广泛应用于电力系统、电子电路、通信系统等方面。
本文将对工程电磁场原理进行介绍，包括电场和磁场的基本概念、电磁场的数学描述、电磁感应和麦克斯韦方程等内容。
首先，我们来看电场和磁场的基本概念。
电场是指电荷周围产生的力场，它可
以通过电场线来描述。
而磁场是由电流或者磁化物质产生的场，可以通过磁力线来描述。
电场和磁场是相互联系的，它们共同构成了电磁场。
在工程中，我们经常需要分析和计算电场和磁场的分布，以便设计和优化电路、电机、变压器等设备。
其次，电磁场可以通过数学描述来进行分析。
电场可以通过电场强度来描述，
而磁场可以通过磁感应强度来描述。
在电磁场中，电场和磁场之间存在着相互作用，可以通过麦克斯韦方程组来描述。
麦克斯韦方程组是电磁学的基本方程，它包括了电场和磁场的产生和变化规律，是电磁场理论的核心内容。
接下来，我们将介绍电磁感应现象。
电磁感应是指磁场的变化会引起感生电动势，从而产生感应电流。
这一现象被广泛应用于发电机、变压器等设备中。
根据法拉第电磁感应定律，当磁通量发生变化时，会在导体中产生感应电动势。
电磁感应现象的理解和应用对于工程实践具有重要意义。
最后，我们将讨论麦克斯韦方程组。
麦克斯韦方程组是电磁学的基本方程，它
包括了电场和磁场的产生和变化规律。
麦克斯韦方程组共有四个方程，分别描述了电荷产生的电场、电流产生的磁场、电磁感应现象以及电磁场的性质。
通过对麦克斯韦方程组的分析和应用，可以深入理解电磁场的基本原理，为工程实践提供理论支持。
综上所述，工程电磁场原理是电磁学的重要内容，它在工程领域具有广泛的应
用价值。
通过对电场和磁场的基本概念、数学描述、电磁感应和麦克斯韦方程组的
介绍，我们可以更好地理解和应用电磁场原理，为工程实践提供理论支持。
希望本文能够帮助读者深入理解工程电磁场原理，促进电磁学理论在工程实践中的应用。