工程电磁场导论
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工程电磁场导论课件
距离远等优点。
电磁场在医疗领域的应用
要点一
总结词
电磁场在医疗领域的应用包括核磁共振成像、微波治疗、 电磁波透视等，为疾病诊断和治疗提供了重要手段。
要点二
详细描述
核磁共振成像是一种无创的影像学检查方法，利用强磁场 和射频脉冲使人体组织中的氢原子发生共振，从而产生人 体结构的图像。微波治疗则利用特定频率的电磁波对病变 组织进行加热，达到治疗肿瘤、炎症等疾病的目的。电磁 波透视则用于观察人体内部器官的形态和功能。
时变电磁场
04
麦克斯韦方程组
麦克斯韦方程组是描述时变电磁场的理论基础， 包括描述电场和磁场变化的微分方程。
麦克斯韦方程组还包括安培环路定律、法拉第电 磁感应定律和洛伦兹力定律等基本物理规律。
这些方程组揭示了电磁场之间的相互依赖关系， 以及它们随时间变化的规律。
波动方程与电磁波速
01
时变电磁场中的波动方程描述了电场和磁场随时间和空间的变 化规律。
电场中的电位差与电动势
电位差
两点之间的电位之差，等于两点之间的电压。
电动势
电源内部非静电力克服静电力做功将其他形式的能转化为电能的本领，其方向由电源负极指向正极。
恒定磁场
03
磁感应强度与磁场强度
磁感应强度
描述磁场强弱和方向的物理量，用B 表示，单位是特斯拉（T）。
磁场强度
描述电流产生磁场能力的物理量，用 H表示，单位是安培/米（A/m）。
静电场
02
电场强度与电位
电场强度
描述电场力的矢量，其方向与电场中 某点的电场方向相同，大小等于单位 正电荷在该点所受的电场力。
电位
描述电场中某点的能量状态，其大小 与电场强度和位置有关，其定义式为 $V = int_{0}^{r}Edl$。
电磁场在医疗领域的应用
要点一
总结词
电磁场在医疗领域的应用包括核磁共振成像、微波治疗、 电磁波透视等，为疾病诊断和治疗提供了重要手段。
要点二
详细描述
核磁共振成像是一种无创的影像学检查方法，利用强磁场 和射频脉冲使人体组织中的氢原子发生共振，从而产生人 体结构的图像。微波治疗则利用特定频率的电磁波对病变 组织进行加热，达到治疗肿瘤、炎症等疾病的目的。电磁 波透视则用于观察人体内部器官的形态和功能。
时变电磁场
04
麦克斯韦方程组
麦克斯韦方程组是描述时变电磁场的理论基础， 包括描述电场和磁场变化的微分方程。
麦克斯韦方程组还包括安培环路定律、法拉第电 磁感应定律和洛伦兹力定律等基本物理规律。
这些方程组揭示了电磁场之间的相互依赖关系， 以及它们随时间变化的规律。
波动方程与电磁波速
01
时变电磁场中的波动方程描述了电场和磁场随时间和空间的变 化规律。
电场中的电位差与电动势
电位差
两点之间的电位之差，等于两点之间的电压。
电动势
电源内部非静电力克服静电力做功将其他形式的能转化为电能的本领，其方向由电源负极指向正极。
恒定磁场
03
磁感应强度与磁场强度
磁感应强度
描述磁场强弱和方向的物理量，用B 表示，单位是特斯拉（T）。
磁场强度
描述电流产生磁场能力的物理量，用 H表示，单位是安培/米（A/m）。
静电场
02
电场强度与电位
电场强度
描述电场力的矢量，其方向与电场中 某点的电场方向相同，大小等于单位 正电荷在该点所受的电场力。
电位
描述电场中某点的能量状态，其大小 与电场强度和位置有关，其定义式为 $V = int_{0}^{r}Edl$。
工程电磁场导论第二章
运动电流——带电粒子在真空中的定向运动。
1. 电流面密度 J
体电荷 以速度 v 作匀速运动形成的电流。
电流密度
电流密度（Current Density)
2. 电流线密度 K
电流
en 是垂直于 dl，且通过 dl 与曲面相切的单位矢量。
面电荷 在曲面上以速度 v 运动形成的电流。
因此，对闭合环路积分 局外场 Ee 是非保守场。 图2.2.2 电源电动势与局外场强 电源电动势 总场强 下 页 上 页 返 回
基本方程 (Basic Equations)
2.3 基本方程•分界面衔接条件• 边值问题
Basic Equations • Boundary Conditions • Boundary Value Problem
简单证明：
欧姆定律 微分形式。
在线性媒质中
对 两边取面积分
左边
右边
欧姆定律 积分形式。
所以
焦尔定律的微分形式 (Differential Form of Joule’s Law)
导体有电流时，必伴随功率损耗，其功率体密度为
W/m3
W
—焦耳定律微分形式
—焦耳定律积分形式
2.2 电源电动势与局外场强
提供非静电力将其它形式的能转为电能的装置称为电源。
2.2.1 电源 (Source)
Source EMF and 0ther Field Intensity
电源电动势是电源本身的特征量，与外电路无关。
局外场强
－局外力
电源电动势 (Source EMF)
同轴电缆
返 回
屏蔽室接地电阻（深度 20 m）
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高压大厅网状接地电阻（深度1米）
1. 电流面密度 J
体电荷 以速度 v 作匀速运动形成的电流。
电流密度
电流密度（Current Density)
2. 电流线密度 K
电流
en 是垂直于 dl，且通过 dl 与曲面相切的单位矢量。
面电荷 在曲面上以速度 v 运动形成的电流。
因此，对闭合环路积分 局外场 Ee 是非保守场。 图2.2.2 电源电动势与局外场强 电源电动势 总场强 下 页 上 页 返 回
基本方程 (Basic Equations)
2.3 基本方程•分界面衔接条件• 边值问题
Basic Equations • Boundary Conditions • Boundary Value Problem
简单证明：
欧姆定律 微分形式。
在线性媒质中
对 两边取面积分
左边
右边
欧姆定律 积分形式。
所以
焦尔定律的微分形式 (Differential Form of Joule’s Law)
导体有电流时，必伴随功率损耗，其功率体密度为
W/m3
W
—焦耳定律微分形式
—焦耳定律积分形式
2.2 电源电动势与局外场强
提供非静电力将其它形式的能转为电能的装置称为电源。
2.2.1 电源 (Source)
Source EMF and 0ther Field Intensity
电源电动势是电源本身的特征量，与外电路无关。
局外场强
－局外力
电源电动势 (Source EMF)
同轴电缆
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屏蔽室接地电阻（深度 20 m）
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高压大厅网状接地电阻（深度1米）
工程电磁场导论
静电比拟法和电导的计算。
第3章
恒定磁场
本章要点 ： 磁感应强度、磁通、磁化、磁场强度 的概念。 恒定磁场的基本方程和分界面衔接条 件。磁位及其边值问题。
磁场、电感、能量与力的各种计算方法。
第4章
本章要点 ：
时变电磁场
电磁场基本方程组的物理意义，其中包 括 位移电流的概念； 动态位与场量的关系以及波动方程，理解 电磁场的滞后效应及波动性； 电磁波的产生和传播特性。
Ay y Az z
div A A
散度的意义
Ax x
———散度 (divergence)
矢量的散度是一个标量，是空间坐标点的函数；
散度代表矢量场的通量源的分布特性。
在矢量场中，若• A= 0，称之为有源场， 称之为无源场。
称为 ( 通量 ) 源密度；若矢量场中处处 • A=0 ，
R2
J
2l
U E dl
电导
图3. 同轴电缆横截面
I 2l
R1
d
I 2 l
ln
R2 R1
G
解法二
静电比拟法
C 2l , R2 ln R1
绝缘电阻
I 2l R U ln 2 R1 1 1 R R ln 2 G 2l R1
关系式得
由静电场解得
( 以 y 轴为电位参考点 )
第 一 章
静 电 场
例3. 已知平行传输线之间电压为U0, 试求电位分布。 解： 确定电轴的位置
b 2 h 2 a 2 d 2h
d 2 2 b ( ) a 2
设电轴线电荷 ，任一点电位 2 ln 2π 0 1
b (h a) b (h a) U0 ln b (h a) ln b (h a) 2π 0
工程电磁场导论时变电磁场
有限差分法的优点在于简单直观，易于编程实现，适用于处理规则的几 何形状和网格划分。
边界元法
01
边界元法是一种将偏微分方程的求解域离散化为边界离散点的 方法，通过在边界上应用离散化的方程来求解问题。
02
在时变电磁场中，边界元法可以用来求解电磁波散射和辐射等
问题。
边界元法的优点在于精度高，适用于处理复杂的几何形状和边
介电常数
描述电场中物质电容特性的物理量，单位 为法拉/米（F/m）。介电常数的大小与物 质的极化程度有关。
VS
磁导率
如前所述，描述材料对磁场响应能力的物 理量。在时变电磁场中，磁导率是复数， 其实部表示物质的磁性，虚部表示物质的 损耗。
铁电材料与铁磁材料
铁电材料
具有自发极化且在一定温度范围内铁电体从 顺电相转变为铁电相的材料。其特点是具有 较高的介电常数和较弱的磁导率。
包括四个基本方程，其中三个描述了电场和磁场的变化，一个描述了电荷 与电流的关系。
适用于所有频率和波长的电磁波，包括无线电波、可见光、X射线等。
波动方程
是描述波动现象的基 本方程，包括声波、 光波、电磁波等。
波动方程是偏微分方 程，需要求解以获得 电场和磁场的分布和 变化。
在时变电磁场中，波 动方程描述了电场和 磁场在空间中的传播 和变化。
铁磁材料
具有显著磁性的材料，其特点是具有较高的 磁导率和较弱的介电常数。在时变电磁场中， 铁磁材料的磁导率可能表现出强烈的非线性。
06
时变电磁场中的数值计算 方法
有限元法
01
有限元法是一种将连续的求解 域离散化为有限个小的、相互 连接但不重叠的单元，然后对 每个单元进行求解的方法。
02
在时变电磁场中，有限元法可 以用来求解复杂的电磁问题， 如电磁波传播、电磁散射和辐 射等。
边界元法
01
边界元法是一种将偏微分方程的求解域离散化为边界离散点的 方法，通过在边界上应用离散化的方程来求解问题。
02
在时变电磁场中，边界元法可以用来求解电磁波散射和辐射等
问题。
边界元法的优点在于精度高，适用于处理复杂的几何形状和边
介电常数
描述电场中物质电容特性的物理量，单位 为法拉/米（F/m）。介电常数的大小与物 质的极化程度有关。
VS
磁导率
如前所述，描述材料对磁场响应能力的物 理量。在时变电磁场中，磁导率是复数， 其实部表示物质的磁性，虚部表示物质的 损耗。
铁电材料与铁磁材料
铁电材料
具有自发极化且在一定温度范围内铁电体从 顺电相转变为铁电相的材料。其特点是具有 较高的介电常数和较弱的磁导率。
包括四个基本方程，其中三个描述了电场和磁场的变化，一个描述了电荷 与电流的关系。
适用于所有频率和波长的电磁波，包括无线电波、可见光、X射线等。
波动方程
是描述波动现象的基 本方程，包括声波、 光波、电磁波等。
波动方程是偏微分方 程，需要求解以获得 电场和磁场的分布和 变化。
在时变电磁场中，波 动方程描述了电场和 磁场在空间中的传播 和变化。
铁磁材料
具有显著磁性的材料，其特点是具有较高的 磁导率和较弱的介电常数。在时变电磁场中， 铁磁材料的磁导率可能表现出强烈的非线性。
06
时变电磁场中的数值计算 方法
有限元法
01
有限元法是一种将连续的求解 域离散化为有限个小的、相互 连接但不重叠的单元，然后对 每个单元进行求解的方法。
02
在时变电磁场中，有限元法可 以用来求解复杂的电磁问题， 如电磁波传播、电磁散射和辐 射等。
工程电磁场导论
q
(r)
4π 0 r r'
(r)
q
C
4π 0 r r '
点电荷群
(r) 1 N qi C
4π 0 i1 r ri '
连续分布电荷 (r) 1
dq C
4π 0 V ' r r'
式中dq dV , dS , dl相应的积分原域 V ', S ', l '。
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(2 cos er
sin
e
)
将 E 和 Er 代入 E 线方程
图1.1.9 电偶极子的等位线和电力线
r D sin 2
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第一章
电力线与等位线（面）的性质：
E 线不能相交,
静电场
等 线不能相交；
E 线起始于正电荷，终 止于负电荷;
图1.1.10 点电荷与接地导体的电场
E 线愈密处，场强愈大;
第一章
2. E 的通量
EdV 1 dV
V
0 V
散度定理
静电场
E dS 1
S
0
n
qi
i 1
E 的通量等于 闭合面 S 包围的 净电荷。
图1.2.1 闭合曲面的电通量
S 面上的 E 是 由系统中全部电 荷产生的。
图1.2.2 闭合面外的电荷对场的影响
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第一章
静电场
1.2.2. 电介质中的高斯定律 (Gauss’s Theorem in Dielectric)
第一章
1.1.2 电场强度 ( Electric Intensity )
静电场
定义：电场强度 E 等于单位正电荷所受的电场力F
工程电磁场导论小结
工程电磁场导论小结
工程电磁场导论是一门基础且重要的课程，主要讲授传播介质、磁场、电场以及电磁辐射等知识。
首先，工程电磁场导论阐述了电磁学的基本概念，包括电磁原理、电磁辐射及电磁假设，学生能够掌握和熟悉它们。
其次，针对传播介质及电场辐射，工程电磁场导论讨论电磁波和电磁场分量。
电场和磁场相互作用，学生了解了引起电磁波的不同因素，如电流元件和永磁体，以及它们之间的传播距离和衰弱规律。
第三，课程介绍的电磁辐射包括电磁辐射定义以及其扩散和衰减规律，学生学习了电磁辐射的机制，包括电磁波的特性、传播模式以及产生的原因等。
最后，工程电磁场导论进一步讨论了交流系统和无线通信系统中常见的电磁元件。
学生了解了各种电磁元件设计与实现，如永磁体、变压器和射频线、天线等。
总的来说，工程电磁场导论是一门重要的基础课程，培养研究生了解电磁波的定义、传播介质的性质、传播的距离、电磁辐射的规律，信号接收与发射的技术，以及电磁元件的应用，为日后对电磁领域相关研究打好基础。
工程电磁场导论第七章
电磁场分类
总结词：电磁场可以根据不同的分类方式进行分类， 如根据频率可分为低频和高频电磁场；根据空间形态 可分为恒定场、时变场和非均匀场等。
详细描述：电磁场可以根据不同的分类方式进行分类。 根据频率分类，电磁波可分为低频和高频两类，低频电 磁波包括无线电波、微波等，高频电磁波包括红外线、 紫外线、X射线和伽马射线等。根据空间形态分类，电 磁场可分为恒定场、时变场和非均匀场等类型。恒定场 是指空间各点的电场和磁场强度不随时间变化的场；时 变场是指电场和磁场强度随时间变化的场；非均匀场是 指电场和磁场强度在空间中不均匀分布的场。不同类型 的电磁场具有不同的性质和应用。
4. 分析数据并得出结论。
实验二：电磁波传播特性研究
总结词
01
探究电磁波在不同介质中的传播特性
详细描述
02
实验二将研究电磁波在不同介质中的传播特性，如反射、折射、
散射等，以及介质对电磁波传播的影响。
实验目的
03
了解不同介质对电磁波传播特性的影响，加深对电磁波传播规
律的理解。
实验二：电磁波传播特性研究
电磁场性质
总结词
电磁场具有波动性和粒子性，具有能量、动量和惯性等物理属性。
详细描述
电磁场具有波动性和粒子性两种性质。波动性表现为电磁场的传播，类似于机械波的传播；粒子性表现为光子、 电子等粒子的存在和相互作用。此外，电磁场还具有能量、动量和惯性等物理属性，这些属性在电磁波的传播、 辐射和吸收等过程中起着重要的作用。
02
电磁场在工程中的应用
电力传
高压直流输电（HVDC）
利用电磁场将电能从发电站传输到负荷中心，特别是在长距离、大容量输电中 具有优势。
变压器
通过电磁场实现电压的升高或降低，是电力系统中的重要设备。
工程电磁场导论ppt
−12 F/m ε = 8.85 × 10 真空中的介电常数 0
库仑定律是基本试验定律，准确性达10-9。
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第 二 章
恒定电场
2. 电场强度 ( Electric Intensity ) ① 电场强度的定义 电场强度 E 等于单位正电荷所受的电场力F
E ( x, y, z ) =
lim
静电场 静电荷
相对观察者静止且量值不随时间 变化的电荷
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第 二 章
恒定电场
1.1
电场强度
Electric Field Intensity
研究一个矢量场，首先必须研究场的基本物理 量，对于电场来说就是电场强度。 1. 电荷和电荷密度 电荷
+ -
满足电荷守恒定律
e = 1.602 × 10 − 19 C 18 1C = 6 .24 × 10 e
⋅
r − r'
r − r'
3
× (r − r ' ) = −3
r − r' r − r'
3
× (r − r ' ) = 0
∇ × E (r ) ≡ 0
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第 二 章
恒定电场
注意
① 矢量的旋度仍为一矢量，在直角坐标系中其表 达式为：
ex e y ez ∂ ∂ ∂ ∇×E = ∂x ∂y ∂z Ex Ey Ez ∂E y ∂Ez ∂Ex =( − )e x + ( ∂y ∂z ∂z
'
面积dS’内的元电荷 d q = σ d S ′ 面积S’内的总电荷
q =
∫ σdS ′
S′
③ 线电荷密度τ 连续分布在一个忽略面积的线形区域l’上的电荷 Δq dq ' τ ( r ) = lim = ' Δl → 0 Δ l dl '
库仑定律是基本试验定律，准确性达10-9。
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第 二 章
恒定电场
2. 电场强度 ( Electric Intensity ) ① 电场强度的定义 电场强度 E 等于单位正电荷所受的电场力F
E ( x, y, z ) =
lim
静电场 静电荷
相对观察者静止且量值不随时间 变化的电荷
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第 二 章
恒定电场
1.1
电场强度
Electric Field Intensity
研究一个矢量场，首先必须研究场的基本物理 量，对于电场来说就是电场强度。 1. 电荷和电荷密度 电荷
+ -
满足电荷守恒定律
e = 1.602 × 10 − 19 C 18 1C = 6 .24 × 10 e
⋅
r − r'
r − r'
3
× (r − r ' ) = −3
r − r' r − r'
3
× (r − r ' ) = 0
∇ × E (r ) ≡ 0
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第 二 章
恒定电场
注意
① 矢量的旋度仍为一矢量，在直角坐标系中其表 达式为：
ex e y ez ∂ ∂ ∂ ∇×E = ∂x ∂y ∂z Ex Ey Ez ∂E y ∂Ez ∂Ex =( − )e x + ( ∂y ∂z ∂z
'
面积dS’内的元电荷 d q = σ d S ′ 面积S’内的总电荷
q =
∫ σdS ′
S′
③ 线电荷密度τ 连续分布在一个忽略面积的线形区域l’上的电荷 Δq dq ' τ ( r ) = lim = ' Δl → 0 Δ l dl '
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工程电磁场导论
《工程电磁场导论》是教育部“面向21世纪高等教育教学内容和课程体系改革计划项目”的研究成果，是面向21世纪课程教材。
本书由西安交通大学电工原理教研室在多年教学研究和实践的基础上编写而成。
全书较好地处理了与物理学中电磁学相衔接的内容。
与冯慈璋主编《电磁场》（第二版）相比，删去了狭义相对论和各向异性媒质中电磁场的内容，增加了准静态电磁场和波导与谐振腔的相应内容，不仅保证了强电专业对电磁场理论课程的基本要求，也适当拓展了强电专业的电磁场知识范围。
书中突出了电磁场理论在工程实际中的应用，并配有丰富的例题、思考题和习题。
《工程电磁场导论》适用于电气工程与自动化类学科专业，也可作为选修课教材或供社会读者参考。
工程电磁场导论》是教育部《面向21世纪高等教育教学内容和课程体系改革计划》项目研究成果，是面向21世纪课程教材。
《工程电磁场导论》由西安交通大学电工原理教研室在多年教学研究和实践的基础上编写而成。
全书较好地处理了与物理学中电磁学相衔接的内容。
与《电磁场》（冯慈璋主编）相比，删去了狭义相对论和各向异性媒质中电磁场的内容，增加了准静态电磁场和波导与谐振腔的相应内容，不仅保证了强电专业对电磁场理论课程的基本要求，也适当拓展了强电专业的电磁场知识范围。
书中突出了电磁场理论在工程实际中的应用。