工程电磁场王泽忠ppt

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电磁波的极化和薄板涡流

电磁波的极化和薄板涡流

em 的方向,即 E 的方向就是极化方向。 若电场强度只有 y 轴方向的分量, 通常称为沿 y 轴取向的直线极化波。
18/4/25
华北电力大学电气与电子工程学院
8
工程电磁场
主 讲 人 : 王 泽 忠
2.圆极化波
当两个在空间互相垂直的电场强度分量的
幅值相等,即 E ym Ezm Em ,
而相位相差
圆极化波轨迹见上图。
旋转方向与波的传播方向符合左手螺旋关系
称为左旋极化波,
旋转方向与波的传播方向符合右手螺旋关系
称为右旋极化波。
18/4/25
华北电力大学电气与电子工程学院
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工程电磁场
主 讲 人 : 王 泽 忠
3.椭圆极化波
当两个在空间互相垂直的电场强度分量的
幅值不相等,而相位相差 2 时, 设 Ey 滞后于 Ez ,则两个方向的电场强度
主 讲 人 : 王 泽 忠
合成波仍然为椭圆极化波。
不过这时椭圆的长短轴与坐标轴不平行。
椭圆的长轴与坐标轴的夹角决定于
E ym 、 Ezm 和 。
椭圆极化波是均匀平面波中的一般情况。
直线极化波和圆极化波都只是
椭圆极化波的特例。
18/4/25
华北电力大学电气与电子工程学院
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工程电磁场
主 讲 人 : 王 泽 忠
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工程电磁场
主 讲 人 : 王 泽 忠
1.直线极化波
电磁波的极化是指合成的电场强度的方向 随时间变化的方式。 在空间两个互相垂直的电场强度的分量 合成的电场强度矢量与其分量的 数值和初相角有关。 通常用合成电场强度矢量端点的轨迹
18/4/25
华北电力大学电气与电子工程学院

2011电磁场数值计算(本)-08

2011电磁场数值计算(本)-08

8
电磁场数值计算
6.1 有限元网格划分
主讲人: 王泽忠
在二维情况下,单元可以是三角形和四边形。
网格划分就是把求解区域划分成有限个三角形
或四边形。单元边长尽量接近或内角大小尽量接近。
如图,将一个较大的区域划分成有限个三角形单
元,显示网格的一部分。
在三维情况下,可以将求解区域划分为有限个四
面体或六面体。



( m 1, 2,, nn )
将不含未知函数 u 的项移至方程右端,得
aM m ud bM mud M m f d cM md


Biblioteka 将由基函数线性组合构成的近似函数代入方程,

2019/10/4
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电磁场数值计算
六十年代初有限元法被正式命名,随后被广泛应 用于结构力学、流体力学、传热学和电磁学等领域。
2019/10/4
华北电力大学电气与电子工程学院
3
电磁场数值计算
主讲人: 王泽忠
六十年代中期以来在电磁场数值计算(计算电磁
学)领域,有限元法迅速成为一种主要方法。
目前,有限元法(FEM)、矩量法(MOM)和时域
第 4 章中已经论述了基函数与单元插值形状函数的
关系。这里利用这种关系将整个场域中有限元离散化方
程组系数矩阵和右端向量的计算转化为单元系数矩阵
和右端向量的计算。
通过逐个单元系数矩阵和右端向量的计算和对应
叠加,形成整体有限元离散化方程组。
2019/10/4
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电磁场数值计算
7
电磁场数值计算

25-全电流定律

25-全电流定律

法拉第发现电磁感应定律,
确认变化的磁场能够产生电场。
麦克斯韦假设位移电流存在,
从理论上论证了变化的电场也能产生磁场,
并预见了电磁波的存在。
1887 年至 1888 年德国科学家赫兹
通过实验证实了电磁波的存在,
从而间接证明了位移电流假设的正确性。
2019/10/3
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工程电磁场

H

JC

Jv

D t
全电流定律的积分形式应为
H dl iC iD iv
l
全电流定律表明,
除传导电流、运流电流外,位移电流也产生磁场。 传导电流和运流电流都是电荷的运动。
2019/10/3
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10
工程电磁场
主讲人: 王泽忠
但位移电流却不是电荷的运动,而只是电场的变化。
工程电磁场
主讲人: 王泽忠
工程电磁场
王泽忠
2019/10/3
华北电力大学电气与电子工程学院
1
工程电磁场
主讲人: 王泽忠
5.2 全电流定律
1.时变场的电流连续性 在恒定电场中传导电流是恒定电流。 根据恒定电流的连续性,有
JC dS 0
S
在时变场中,根据电荷守恒原理,有
q
H 0
因此,电流密度必须满足
麦克斯韦 J 0
2019/10/3
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4
工程电磁场
主讲人: 王泽忠
在恒定磁场中,电流是恒定的传导电流,
传导电流密度的散度为零。
在时变场中,传导电流不再保持连续。
因此安培环路定理中的电流就不能仅仅是传导电流。

本科-工程电磁场15-电流密度与电流连续性

本科-工程电磁场15-电流密度与电流连续性

主讲人: 王泽忠
形成面电流密度 K ,定义 K v 。
如图, db0 是垂直于 v 方向的线段元,显然
K v dl db0dl dS dq dI dt dtdb0 dtdb0 dtdb0 db0
此处 dI 是穿过 db0 的电流。
因此,面电流密度就是垂直于
电荷运动方向单位宽度上
形成线电流。线上的电流,
其运动方向由线的走向限定,
2019/10/3
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 工程电磁场
主讲人: 王泽忠
因此只需要确定其大小,
密度为 的线电荷
以速度 v 沿线运动形成
线电流 I ,定义 I v 。
如图所示
I v dl dl dq dt dt dt
主讲人: 王泽忠
式中: 称为导电媒质的电导率,
单位是西门子米( S m )。
如果 0 ,上式也可表示为
E

1
J

R J
R 称为电阻率,单位是欧姆·米( m )。 可见 与 R 互为倒数。式称为欧姆定律的微分形式,
是导电媒质中恒定电场的辅助方程。
2019/10/3
华北电力大学电气与电子工程学院
2.电流密度与电场强度的关系
在普通导电媒质中,只有存在电场力的作用,
电荷才能做有规则的运动。 例如在金属导体中正离子点阵之间充满自由电子。
2019/10/3
华北电力大学电气与电子工程学院
10
工程电磁场
主讲人: 王泽忠
正离子只能围绕各自点阵振动。
自由电子做定向运动时会受到正离子点阵的阻碍。
因此要维持自由电子的规则运动形成传导电流,

《工程电磁场第一章》PPT课件

《工程电磁场第一章》PPT课件

4 π0V ' R
4 π0S' R
令 p P 极化电荷体密度
p Pen 极化电荷面密度
(r)1 4 π0V '
p (r')d V '1
R
4 π0S '
p R (r')d S '30
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思考 根据电荷守恒定律,极化电荷的总和为零
V ' P d V 'S 'P e n d S ' 0
i定ty义):电场强度 E 等于单位正电荷所受的电场力F
lim E(x,y,z) F(x,y,z) V/m ( N/C )
qt 0
qt
(a) 单个点电荷产生的电场强度
Fq
Ep(R)qt 4π0R2eR V/m
一般表达式为
图1.1.2 点电荷的电 场
Ep(r)4π0qrr'2
rr' rr'
4π0
q rr'
S 面上的 E 是由
系统中全部电荷产
生的。
24
图1.2.2 闭合面外的电荷对场的影响
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1.2.2. 电介质中的高斯定律 (Gauss’s Theorem in Dielectri 1. 静电场中导体的性质
导体内电场强度 E 为零,静电平衡;
导体是等位体,导体表面为等位面; 电场强度垂直于导体表面,电荷分布在导体表面,
当 L L 1 L 2 时 ,
E (,
0
,z)E e E zez
2π 0
e
无限长直导线产生的电场
Ε
2π0
e
平行平面场。
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工程电磁场导论第五章ppt课件

工程电磁场导论第五章ppt课件

寒假来临,不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ,目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
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《工程电磁场》课件

《工程电磁场》课件
● 本课程学习将遵循数学建模、分析的主线索展开,因此,除微积分基 础知识外,矢量分析与场论、数理方程(偏微分方程)与特殊函数等数学知识 和工具都应成为定性乃至定量分析电磁场问题所必备的知识基础。
2. 掌握常用分析、计算的方法
● 通过例题、习题等环节不断提高逻辑思维、分析与解题能力,这也是 理论联系实际、通过实践能动地理解和深化概念的过程。
三、学习方法
电磁场理论体系完整、简练,内涵丰富、概念性强,且较抽象。同时, 应用数学知识与工具较多,涉及知识面宽,故更需要注意科学的学习方法
1. 深入理解,建立正确的物理概念,并熟练运用必须的数学 知识和工具
● 实践证明,正确理解物理概念是学习中困难的主要方面,故需抓住此 主要矛盾,通过深入钻研,使之得以缓解。
度)J(r,t),其量值为
J lim i di
S Sn 0
n
dSn
其方向习惯上定义为正电荷运动的方向。
(单位: A/m2)
(1.2)
§1.3 矢量分析教学中的若干讨论点
1. 点函数在不同坐标系下的数学描述
例1.1 设标量点函数(r)在直角坐标系下的表示式为(x,y,z)= x2+y2-z,试写出该点函数在圆柱坐标系下的表示式,并以给定点的函
想化实际带电系统的电荷分布形态为如下四种形式:
(1)点电荷 q(r,t):
(2)电荷体密度 (r,t)q:r C
(3)电荷面密度
r(r,tlVi)m:0 qVr
dq r
dV
C/m3
(4)电荷线密度
r(r,tl)Sim :0 qSr
§1.1 电磁场的物理模型及其分析
根据电磁现象和过程分析的物理模型构造的本质,可建立如下电磁 场分析与电路分析的物理模型之间的对比关系。

jiu

jiu

9
工程电磁场
主讲人: 王泽忠
线企图抵消原磁通的增加。
d 圈环绕的磁链减少时, 0 ,e 0, dt
感应电流产生的磁通与原磁通方向相同, 企图抵消原磁通的减少。
电动势的定义,电场强度的闭合面积分 感应电动势存在
2013-7-26
华北电力大学电气与电子工程学院
10
工程电磁场
回路中有感应电场。 感应电场不同于库仑电场。 它是由磁场变化引起的。
2013-7-26
华北电力大学电气与电子工程学院
17
工程电磁场
= (v B ) dl
l
主讲人: 王泽忠
S e B B S 0 l0 vt Bl0 v t t t
S 0 是 t 等于零时回路
围成的面积,
l0 是运动导体的长度。
发电机电动势就是 B 不变,
主讲人: 王泽忠
当闭合回路的磁通随时间发生变化时, 在回路中将引起感应电动势和感应电流。 电动势的大小
2013-7-26
华北电力大学电气与电子工程学院
7
工程电磁场
主讲人: 王泽忠
与磁通对时间的变化率成正比。 电动势参考方向与磁通方向 成右手螺旋关系。 根据楞次定律,感应电动势及其所产生的感应电流 总是企图阻止导电回路磁通发生变化, 即由感应电流产生的磁通 总是企图抵消原磁通发生的变化。
2013-7-26
华北电力大学电气与电子工程学院
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主讲人: 工程电磁场 v 0 I m sin t vB ez 2 r
王泽忠
v 0 I m sin t l (v B) dl l 2r e z dl
线框的两段水平导线上 e z dl 0 , 因此
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电场强度线方程
位于坐标原点的点电荷产生的电场强度线是过原点 的一族射线
正负点电荷的电场线
+
-
例2-2-1 如图所示,在位于直角坐标系坐标原点的点电荷q所产 生的静电场中,求P1 (0,0,1)到P2(0,2,0)的电位差。
解:
由电位公式直接计算,P1和P2点的电
位分别为
(5) 高斯通量定理
高斯通量定理的微分形式
即静电场中任一点上电场强度的散度等于该点的体电荷密 度与真空的介电常数之比。
高斯通量定理的积分形式
例2-3-2 如图所示,真空中,半径为A的大圆球内有一个半径为 a的小圆球,两圆球面之间部分充满体密度为ρ的电荷,小圆球 内电荷密度为零(空洞)。求小圆球(空洞)内任一点的电场强度。
解:根据叠加原理,空洞内P点的电场强度,可以看作是由充满 电荷、电荷体密度为ρ的大球和充满电荷、电荷体密度为- ρ的小 球在P共同产生的电场强度。
旋度源;
• 若矢量场处处A=0,称之为无旋场(或保守场)。
习题1-22
第二章 静电场的基本原理
1、库仑定律
2、电场强度
3、环路定律的表达形式
4、等位面和电场强度线方程
5、高斯通量定理的表达形式
6、电偶极子电位和电场与距离的关系
7、静电场中导体内和导体表面的电场特性
8、电位移矢量与电场和极化强度的关系
根据高斯通量定理 因为大球内电荷产生的电场强度为
小球内电荷产生的电场强度为
在直角坐标系中:
E [ x ex y ey z ez ]
对电场强度求旋度,可得
即电场强度的旋度为零,这是静电场环路定理的微分 形式。旋度处处为零的场称为无旋场。静电场是无旋场。
根据斯托克斯定理,有
电场强度的闭合线积分为零,是静电场环路定理的积分形式。
(4) 等电位面与电场强度线方程
等电位面和电场强度线是对电场的形象表示。等电位面就是由 电位相同的点组成的曲面,其方程为
dl A 0
直角坐标系下 矢量线方程
在电磁场中,电场强度线和磁感应强度线都是矢量线。
习题1-4
(3)方向倒数与梯度的关系
如果在标量场中任一点M 处,存在矢量G,其方向为场函 数u (x, y, z)在M 点处变化率最大(方向导数最大)的方向,其 模|G|是这个最大变化率的数值,则称矢量G 为标量场u (x, y, z)在点 M 处的梯度,记为
工程电磁场基本概念回顾及习题课
1
第1章 矢量分析与场论基础
(1)等值面; (2)矢量线; (3)方向倒数与梯度的关系; (4)无源场或无散场; (5)无旋场
(1)标量场的等值面
设标量场u (M)是空间的连续函数,那么通过所讨论空间的 任何一点 M0,可以作出这样的一个曲面S,在它上面每一点处, 函数u (M)的值都等于u (M0),即在曲面S 上,函数u (M)保持着 同一 数 值 u (M0),这样的曲面S叫做标量场u 的 等值面。等值 面的方程为
点电荷是一种典型的电荷结构 它所产生电场的等电位面的方程为
解得 R,
q

为半径的球面。
4 0C
点电荷在它所在平面上产生电场的等
电位线是一系列的圆,见图。
q C (R 0)
4 0 R
电场强度线是一族有方向的线。电场强度线上每一点的切线方 向就是该点的电场强度方向。设dl为P点电场强度线的有向线段元, 则电场强度可表示为E= kdl。在直角坐标系中,有
量为
场点坐标 (r,, z)是不变量,源点坐标 (0,, z) 中 z 是变量,统一用θ表

总的电场强度 若为无限长直导线
习题 2-1
(3)静电场环路定理
由电位计算电场强度,是求梯度的运算,也就是求微分 的运算
在静电场中,任意一点的电场强度E 的方向总是沿着
电位减少最快方向,其大小等于电位的最大变化率。
例2-1-1 真空中长度为2l 的直线段,均匀带电,电荷线密度为τ。
求线段外任一点P 的电场强度。
解: 根据对称性分析,采用柱坐标系分 析比较方便。坐标的源点位于线段的中心, z 轴与线段重合。场点P的坐标 为 (r,, z) ,取电荷元 d z ,源点坐 标为 (0,, z)
则电荷元在P 点产生的电场强度的各分
u(x, y, z) C
式中,C为常数。给定C 的一系列不同的数值,可以得到一系
列不同的等值面,称为等值面族。 电位场是一个标量场,由电位相同的点所组成的等值面叫做
等电位面。
(2)矢量线
所谓矢量线,是指其上每一点处曲线的切线方向和该点 的场矢量方向相同。矢量线反映了场矢量在线上每一点的方 向。
矢量线的切线方向与场矢量的方向相同,所以矢量线方程 又可以用矢量式表示为
如果在场中处处有divA=0,则称此场为无源场或无散场。
小河 泉眼
漏洞
直角坐标系中
散度的计算公式
习题1-18
(5)无旋场
• 矢量的旋度仍为矢量,是空间坐标点的函数。
• 点P的旋度的大小是该点环量密度的最大值。 • 点P的旋度的方向是该点最大环量密度的方向。
• 在矢量场中,若A=J0,称之为旋度场,J 称为
9、常见介质极化强度与电场强度的关系
10、电介质分界面条件标量表达式
11、泊松方程、拉普拉斯方程和拉普拉斯算子的表达式及边值 问题的分类
(1) 库仑定律
两个点电荷之间的作用力用下式表示
在真空中, 两个静止点电荷q1及q2之间的相互作用力 的大小和q1与q2的乘积成正比,和它们之间距离R的平方 成反比;作用力的方向沿着它们的连线,同号电荷相斥, 异号电荷相吸。
方向导数等于梯度在该方向上 的投影,表示为
习题1-5
l xyex xzey xyez 2ex 3ey 2ez
(4)无源场
应用散度概念可以分析矢量场中任一点的情况。
在M 点,若divA>0,则表明 M 点有正源; 若divA<0,则表明 M 点有负源。 若divA=0,则表明该点无源。
0 是真空中的介电常数,单位是(法(拉)/米),F/m;
电荷量的单位库仑,C 距离的单位米,m 力的单位牛顿,N
计算时,要用国际单位制。 单位的符号要用正体。
点电荷:只带电荷而没有形状和大小的物体。 库仑定律是静电场的基础,也是电磁场的基础。
(2) 电场强度
点电荷q 产生的电场强度
电场强度的单位伏/米,V/m
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