工程电磁场第2章恒定电场new-课件


空气中
E2n
J2n =0 0
2 0
导体中 E1n 0
图2.3.2 导体与理想介质分界面
D 2nD 1n2E2n
表明 2 导体与理想介质分界面上必有面电荷。 提问: 不同导体分界面 = 0 ?
E 1tE 2tJ1t/ 10
表明 3 电场切向分量不为零,导体非等位体,导体 表面非等位面。
若 1 (理想导体),导体内部电场为零,电
电流
Il(Ken)dl
en 是垂直于 dl,且通过 dl 与曲面相切的单位矢量。
线电流:t 分布的线电
荷沿着导线以速度v运
动形成的电流 I = t v
图2.1.3 电流线密度及其通量
6
工程应用
媒质磁化后的表面磁化电流;
同轴电缆的外导体视为电流线密度分布;
高频时,因集肤效应,电流趋于导体表面分布。 3. 元电流的概念
体电荷 以速度 v 作匀速运动形成的电流。
电流密度 J v A m 2
电流
I S J dS
电流密度是一个 矢量,在各向同性线 性导电媒质中,它与 电场强度方向一致。
图2.1.1 电流面密度矢量
图2.1.2 电流的计算
5
2. 电流线密度 K
分布的面电荷 在曲面上以速度 v 运动形成的电流。 电流线密度 Kv Am
图2.2.2 电源电动势与局外场强
因此,对闭合环路积分
Edl l
l(EcEe)dl lE cd llE ed l
局外场 Ee 是非保守场。
0ee
2.3 基本方程•分界面衔接条件• 边值问题
Basic Equations • Boundary Conditions • Boundary Value Problem
2.3.1 基本方程 (Basic Equations)
1. J 的散度
电荷守恒原理
q
S J dS t
在恒定电场中 0
亦称电流连续性方程
JdS
t 0
散度定理
JdV 0
S
V
故 J0
恒定电流场是一个无源场,电流线是连
续的,恒定电流只能在闭合回路中流动。电
路一断开,电流场就不能存在。
13
2. E的旋度 所取积分路径不经过电源,则
2.2.2 电源电动势 (Source EMF)
图2.2.1 恒定电流的形成
电源电动势是电源本身的特征量,与外电路无关。
局外场强
Ee
fe q
f e -局外力
11
总场强 EEc Ee
考虑局外场强Ee,
电源内的欧姆 定律为
J (Ec Ee)
电源电动势 e l Ee dl
电源电动势与有无外电路无 关,其表示将单位正电荷从 电源负极移到正极局外电场 所做的功,电动势是表征电 源特性的物理量。
U R I 欧姆定律 积分形式。
J 与 E 共存,且方向一致。
图2.1.5 J 与 E 之关系
简单证明: 对J E 两边取面积分
左边 SJdSI
右边
EdS U dS
S
Sl
SU l
GU
所以 U R I
9
2.1.4 焦尔定律的微分形式 (Differential Form of Joule’s Law)
工程电磁场第2章恒定电场new
2.0 序
Introduction 通有直流电流的导电媒质中同时存在着电流场和 恒定电场。恒定电场是动态平衡下的电荷产生的,它 与静电场有相似之处。
本章要求:
理解各种电流密度的概念,通过欧姆定律和焦耳 定律深刻理解场量之间的关系。
掌握导电媒质中的恒定电场基本方程和分界面衔 接条件。
Edl 0 斯托克斯定理 (E)dS 0
l
S
得 E0 恒定电场是无旋场。
3. 恒定电场(电源外)的基本方程
积分形式 微分形式
JdS0 Edl 0
S
l
J 0 E0
构成方程 J E
结论: 恒定电场是无源无旋场。
2.3.2 分界面的衔接条件(Boundary Conditions)
由 l Edl 0
取一电流管 IJS
电流管压降 UEl
电阻定义 R l U
S I
JE
J与E之关系
恒定电流场与恒定电场相互依存。电流J与电场E方向一致。
电路理论中的欧姆定律由它积分而得,即 U=RI
8
2.1.3 欧姆定律的微分形式 (Differential Form of Ohm’s Law)
在线性媒质中
J E 欧姆定律 微分形式。
熟练掌握静电比拟法和电导的计算。 2
恒定电场知识结构
基本物理量 J、 E
欧姆定律
J 的散度
基本方程E 的旋度 Nhomakorabea边界条件
边值问题
电位
一般解法 电导与接地电阻 特殊解(静电比拟)
2.1 导电媒质中的电流
Current in Conductive Media
2.1.1 电流 (Current) 三种电流: 传导电流——电荷在导电媒质中的定向运动。

E1t E2t
SJdS0
J1n J2n
说明 分界面上 E 切向分量 连续,J 的法向分量连续。
折射定律
tan 1 1 tan 2 2
图2.3.1 电流线的折射
15
例2.3.1 导体与理想介质分界面上的衔接条件。
解: 在理想介质中20,J20 故J2nJ1n0
表明 1 分界面导体侧的电流一定与导体表面平行。
元电流是元电荷以速度 v 运动形成的电流,也指 沿电流方向上一个微元段上的电流。
dq
图2.1.4 媒质的磁化电流
νdV (体电流元) JdV νdS (面电流元) KdS νtdl (线电流元) Idl
7
2.1.3 欧姆定律的微分形式 (Differential Form of Ohm’s Law)
运动电流——带电粒子在真空中的定向运动。
位移电流——随时间变化的电场产生的假想电流。
定义:单位时间内通过某一横截面的电量。
I dq dt
电流I 是通量, 是标量,其正负号
A
表示电流流动参考方向。并不反映
电流在每一点的流动情况。
4
2.1.2 电流密度(Current Density)
1. 电流面密度 J
导体有电流时,必伴随功率损耗,其功率体密度为
p JE
W/m3
—焦耳定律微分形式
P JE dVU II2R W V —焦耳定律积分形式 10
2.2 电源电动势与局外场强
Source EMF and 0ther Field Intensity
2.2.1 电源 (Source)
要想在导线中维持恒定电流,必须依靠非静 电力将B极板的正电荷抵抗电场力搬到A极板 。这种提供非静电力将其它形式的能转为电 能的装置称为电源。
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工程电磁场导论第二章优秀课件

工程电磁场导论第二章优秀课件
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实际电源
1. 干电池和钮扣电池(化学电源)
干电池电动势1.5V,仅取决于(糊状)化学材料,其大小 决定储存的能量,化学反应不可逆。
钮扣电池电动势1.35V,用固体化学材料,化学反应不可逆。
干电池
钮扣电池
上页 下页
2. 燃料电池(化学电源)
电池电动势1.23V。以氢、氧作为燃料。约40-45%的化学能转 变为电能。实验阶段加燃料可继续工作。
上页 下页
2. 电流密度(Current Density)
① 电流面密度 J
体电荷 以速度 v 运动形成的电流。
电流密度 J v A m2
电流
I s J dS
电流面密度矢量
电流的计算
上页 下页
交流电流密度在触头上的分布
上页 下页
② 电流线密度 K
面电荷 在曲面上以速度 v 运动形成的电流
电流线密度 K v A m
电流
I l(K en ) dl
en 是垂直于dl,且通过 dl 与曲面相切的单位矢量
电流线密度及其通量
上页 下页
面电流的实例 媒质磁化后的表面磁化电流; 同轴电缆的外导体视为电流线密度分布; 高频时,因集肤效应,电流趋于导体表面分布。
③ 元电流的概念
线电荷 在曲线上以速度 v 运动形成的电流
② 上式也适用于非线性情况
上页 下页
4. 焦尔定律的微分形式
导体有电流时,必伴随功率损耗,其功率为
P UI W
设小块导体
dP (J dS) (E dl) J EdV
功率密度
J 与 E 之关系
p J E γE 2 J 2 γ
W/m 3
Joule’s Law微分形式

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2020/11/12
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教育部电子信息与电气学科教学指导委员会 基础课教学指导分委员会
《电磁场》课程教学基本要求
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电磁学三大实验定律: 库仑定律, 安培定律, 法拉第定律。
Reaction Field
提升力
Magnetic Force
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Levitation Force (mN): Theory 45.72 Lorentz 42.04 Maxwell Str 44.60 Virt Work 44.73
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2-D Magnetostatics (2-D静磁场)
电场强度E (V/m) - 8000 8000 200/f 200/f 67 67 67/f1/2 14 9.85f1/2 28
磁场强度H (A/m)
7000 7000/f2 900/f 0.9/f
1.13 1.13 0.17/f 0.17/f1/2 0.036 0.026f1/2 0.073
磁感应强度B (μT) 9000 9000/f2 1100/f 1.1/f 1.4 1.4 0.21/f
雷达
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电磁波暗室(无反射)
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电场脉冲模拟器
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开阔地试验
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磁悬浮分析

恒定电场--恒定电场的基本方程 ppt课件

恒定电场--恒定电场的基本方程  ppt课件

j s2 2
s3 j
3
18
j
dq dt
( j2s2
j3s3 j1s1)
j
1
s1
s2 2
S
s3
若节点处无电荷积累
J d
S

d
q



j
3
dV 0
S
d t t V
即: I1 I2 I3
19
稳恒电流是连续的, 其电流线总是闭合曲线。
20
由以上分析可知: 尽管电流是电荷运动形成的,
23
静电场的基本方程: 恒定电场的基本方程:

C DdS
S

q

E d l 0(电源外) C J dS 0
S



分 形 式


E
或(0 E
D


dt
S
dt
S
S
dq内 0 dt
J线
电流线:
发出于正电荷减少的地方,
终止于正电荷增加的地方。
9
2、微分形式
积分形式
微分形式

J
d
S


dV(3-19)
S
t V


AdV A dS 高斯散度定理
V
S

即:
V V

Jd
V
E
或0(E(电 源外))
J 0
24
§3-3 恒定电场的基本方程
一、电流连续性方程 二、恒定电场的基本方程 三、导电媒质内的体积电荷

工程电磁场PPT课件

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a b
a
Jc
E
U 0 ln b

a b
a
R 1 1 1 ln b G Cll 2l a
Cl
U0
2
ln b
a
第19页/共91页
2.接地电阻 接地技术是保障人身和设备的一项电气安全措施,为电 力系统正常工作提供了零电位基准参考点。计算接地体 的接地电阻是恒定电场计算的一项重要工作。
第11页/共91页
例3-2:设一平板电容器由两层非理想介质串联构成,
如图所示。其介电常数和电导率分别为1,1和2,2, 厚度分别为d1和d2,外施恒定电压U0,忽略边缘效应。
试求:(1)两层非理想介质中的电场强度;(2)单位体积 中的电场能量密度及功率损耗密度;(3)两层介质分界 面上的自由电荷面密度。
b a
Jc
td
tU0
ln
b a
厚度为t的导电片两端面的电阻为:
R
U0 I
S
U0 Jc • dS
b a
U 0
U0
e td
e
tln b
a
第4页/共91页
2.电功率
在恒定电流场中,沿电流方向截取一段元电流管,如图所示。该元电流管中的电 流密度J可认为是均匀的(E,F不变),其两端面分别为两个等位面。在电场力作 用下,dt时间内有dq电荷自元电流管的左端面移至右端面,则电场力作功为:
第20页/共91页
下面计算图示埋于大地的半球形接地体的接地电阻。由镜象法得:
当r≥a时
4r 2Jc
2i, Jc
i
2r 2
,E
i
2r 2
,
E • dr
r

(电磁场PPT)第二章 恒定电场

(电磁场PPT)第二章 恒定电场

第二章
由电路理论
恒定电场
2.1.3 欧姆定律的微分形式
U RI
R l
S
电导率与电阻率的关系: 1 ,
(r 电阻率), (电导率)。 r
图2.1.5 J 与 E 之关系
在场论中 dI J dS
dU dI R J dS dl
dS
E dl
J E 欧姆定律 微分形式。
第二章
恒定电场
U RI 欧姆定律 积分形式。
本章要求:
理解各种电流密度的概念,通过欧姆定律和焦耳 定律深刻理解场量之间的关系。
掌握导电媒质中的恒定电场基本方程和分界面衔 接条件。
熟练掌握静电比拟法和电导的计算。
第二章
恒定电场知识结构
基本物理量 J、 E
欧姆定律
恒定电场
J 的散度
基本方程
E 的旋度
边界条件
边值问题
电位
一般解法 电导与接地电阻 特殊解(静电比拟)
第二章
第二章 恒定电场
Steady Electric Field
导电媒质中的电流 电源电动势与局外场强 基本方程 • 分界面衔接条件 • 边值问题 导电媒质中恒定电场与静电场的比拟 电导和接地电阻
恒定电场
第二章
恒定电场
通有直流电流的导电媒质中同时存在着电流场和 恒定电场。恒定电场是动态平衡下的电荷产生的,电 荷作宏观运动,电荷的分布不随时间变化(即:恒定 ),它与静电场有相似之处。
—焦耳定律积分形式
第二章
2.2 电源电动势与局外场强
2.2.1 电源 (Source)
恒定电场
提供非静电力将其它形式的 能转为电能的装置称为电源。
图2.2.1 恒定电流的形成

恒定电场基本方程课件.ppt

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答:( C )
24
2、同轴电缆的内导体半径R1=1mm,外导体内表 面半径R2=5mm,长为20m,导体间充满非理想绝 缘材料,材料的电导率为=10-18S/m,求同轴电 缆的内外导体间电阻。1.281×1016
25
作业
P81:2-4-2 P88:2-5-2 P91:习题2-12
26
2
U0
45º 2
0 R1 R2 x
d
2( ) =C + D
由边界条件、分界条件求出A、B、C、D
1( ) 、 2( ) 12
解: 求出1( ) 、 2( ) E
I
G
E=



=
e
1 r
d d
J = E

I = SJ • dS
G= I U
Jy
1 1J

22 =
1
2
2 2 2
=0
1 |( =/2) = U0 边界条件
2 |( =0) =0 1 |( =/4) = 2 |( =/4)
分界条件
1
d1 d
= / 4
=

2
d 2 d
= / 4
解微分方程,得通解: 1( ) =A + B
y
1 1J
要减小电阻:
五、深埋电极的接地电阻: 则增大接地体的面积;
或在接地体附近掺入高的媒质。
假设I J E U R
距离圆心r处的电流密度为:

J=
I
4r 2
er
电场强度为:
E=
J

=
I
4 r 2
er
I

电压为:U =

工程电磁场——恒定电场


D dS E d l J dS E d l
S l S l
E dS S E dS
S
即 2.5.2 部分电导
G C
多导体电极系统的部分电导可与静电系统的部
分电容比拟。(自学)
第 二 章
恒定电场
例2.5.1 求图示同轴电缆的绝缘电阻。 解 设 I
第 二 章
恒定电场
第二章 恒定电场
序 导电媒质中的电流 电源电动势与局外场强 基本方程 • 分界面衔接条件 • 边值问题 导电媒质中恒定电场与静电场的比拟 电导和接地电阻
第 二 章
恒定电场知识结构 基本物理量 J、 E
欧姆定律
恒定电场
J 的散度
基本方程
E 的旋度 电 位
边界条件
边值问题
一般解法
电导与接地电阻
J 2n J1n 0
第 二 章
恒定电场
例2.3.2 导体与理想介质(电导率为零)分界面上的衔 接条件。 J2 0 已经得到 那么
空气中 根据静电场条件: D2n D1n 导体中 E1n 0
D2n 2 E
2n
E2 0 ?
E2n J 2n
2 0
0 = 0 2 0
K v
Am
电流线密度
单位:
意义:在曲面上某点处 通过 垂直于电流方向的单位宽度 图 电流线密度及其通量 的电流 线段元的电流 dI ( K en )dl
en 是垂直于 dl的方向上,通过 dl 与曲面相切的单位矢量。
任意线段电流 I
(K e
l
n
) dl
第 二 章
恒定电场
3、面电流(电流线密度 K)

恒定电场和磁场PPT课件


C G
关系式,得
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3.2.2 电导与接地电阻
Conductance and Ground Resistor 1 电导 (Conductance)
1). 通过电流场计算电导 思路

I
J
E J/
U l E dl
G I /U
或设
U
E
J E
I SJ dS
G I /U
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r0
Ib
2πU 0
为危险区半径(radius) 接地器接地电阻 R 1
2πa
r0
abIR U0
半球形接地器的危 险区
表明:工程上为减小危险区半径,应通过改变接地器 结构,修正电位的变化率,即减小接地器的接地电阻 值,或减小短路电流等方面,采取相应的工程对策。
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恒定电场知识结构
基本物理量 J、 E
第3章 恒定电场和磁场
通有直流电流的导电媒质中同时存在着电流场和 恒定电场。恒定电场是动态平衡下的电荷产生的,它 与静电场有相似之处。
导体中通有直流电流时,在导体内部和它周围 的媒质中,不仅有电场还有不随时间变化的磁场, 称为恒定磁场。
恒定磁场和静电场是性质完全不同的两种场, 但在分析方法上却有许多共同之处。学习本章时, 注意类比法的应用。
3.3.4 毕奥—沙伐定律 、磁感应强度
( Biot-Savart Law and Magnetic Flux Density )
根据亥姆霍兹定理 Br r Ar
r 1 ' • B(r) dV
4π V r r
Ar 1 ' B(r) dV
4π V r r
r 0

电磁场-恒定电场


由静电比拟的对偶关系
ε − σ , c0 − G0 , q − I
可以推得相同边界情况下的恒定电场的解。故原问题的解为:
2π U 0 (σ 1 + σ 2 ), b−a U ab ˆ, E = 2 0 r r (b − a ) 2π ab G0 = (σ 1 + σ 2 ) b−a 同上节例题2计算的结果相同。 I0 =
代入上式

⎧ C 1 ln a + C 2 = U ⎨ ⎩ C 1 ln b + C 2 = 0
U ⎧ ⎪ C 1= a ln ⎪ ⎪ b ⎨ ⎪ C = − U ln b a ⎪ 2 ln ⎪ b ⎩
解得

U U U U b ϕ= ln r − ln b = (ln b − ln r) = ln a a b b r ln ln ln ln b b a a
25 2014‐10‐23
可推得电容器内极板的电量、电容器内部的场强和电容器的电 容分别为:
q= 2π U 0 (ε1 + ε 2 )ab b−a U ab ˆ E= 2 0 r r (b − a )
(ε1 + ε 2) q 2π ab = U0 b−a
ε1 ε2
C=
图2-8 填充两种介质 的同心球壳
σ1 σ2
图2‐5 填充两种导电媒质的同心 球壳
17 2014‐10‐23
同理:在r = b处,ϕ 2 |r =b = 故:
C C + D = 0,有D = − , b b 1 1 ϕ2 = C ( − ) r b
在导电媒质分界面上, ϕ = ϕ ,有A = C , 故 1 2
1 1 ϕ = ϕ1 = ϕ2 = A( − ) r b A ∂ϕ ˆ 2 =r r ∂r b b A b-a U0 = ∫ Er dr =∫ 2 dr = A a a r ab abU0 由此可得:A = b-a ˆ E = E1 = E2 = −∇ϕ = −r

工程电磁场第2章恒定电场new-40页PPT资料


导体有电流时,必伴随功率损耗,其功率体密度为
p JE
W/m3
—焦耳定律微分形式
P JE dVU II2R W V —焦耳定律积分形式 9
2.2 电源电动势与局外场强
Source EMF and 0ther Field Intensity
2.2.1 电源 (Source)
要想在导线中维持恒定电流,必须依靠非静 电力将B极板的正电荷抵抗电场力搬到A极板 。这种提供非静电力将其它形式的能转为电 能的装置称为电源。
恒定电场知识结构
基本物理量 J、 E
欧姆定律
J 的散度
基本方程
E 的旋度
边界条件
边值问题
电位
一般解法 电导与接地电阻 特殊解(静电比拟)
2.1 导电媒质中的电流
Current in Conductive Media
2.1.1 电流 (Current) 三种电流: 传导电流——电荷在导电媒质中的定向运动。
元电流是元电荷以速度 v 运动形成的电流,也指 沿电流方向上一个微元段上的电流。
dq
图2.1.4 媒质的磁化电流
νdV (体电流元) JdV νdS (面电流元) KdS νtdl (线电流元) Idl
6
2.1.3 欧姆定律的微分形式 (Differential Form of Ohm’s Law)
U R I 欧姆定律 积分形式。
J 与 E 共存,且方向一致。
图2.1.5 J 与 E 之关系
简单证明: 对J E 两边取面积分
左边 SJdSI
右边
EdS U dS
S
Sl
SU l
GU
所以 U R I
8
2.1.4 焦尔定律的微分形式 (Differential Form of Joule’s Law)
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