工程電磁場(chǎng)--第3章--恒定電場(chǎng)的基本原理.ppt

1,第三章 恒定電場(chǎng)的基本原理 （1）定義電流和電流密度； （2）電源的電動(dòng)勢(shì)和局外電場(chǎng)強(qiáng)度； （3）恒定電場(chǎng)的電流連續(xù)性； （4）恒定電場(chǎng)的基本方程； （5）恒定電場(chǎng)的導(dǎo)電媒質(zhì)分界面條件； （6）討論邊值問(wèn)題 重點(diǎn)掌握：電流密度的定義和恒定電場(chǎng)的基本性質(zhì)，學(xué)會(huì)將恒定電流場(chǎng)表述為邊值問(wèn)題。,3 .1電流與電流密度 1.電流與電流密度,（1）電荷有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)形成電流； （2）導(dǎo)電媒質(zhì)中的電流稱為傳導(dǎo)電流； （3）不導(dǎo)電空間電荷運(yùn)動(dòng)形成的電流稱為運(yùn)流電流； （4）不隨時(shí)間變化的電流是恒定電流，維持恒定電 流的電場(chǎng)稱為恒定電場(chǎng)。,3,4,5,6,7,8,9,10,11,2.電流密度與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系,金屬導(dǎo)體 = 自由電子(-) + 晶格點(diǎn)陣(+),要與靜電場(chǎng)中導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)為0區(qū)別理解。,在金屬導(dǎo)體中，正離子點(diǎn)陣之間充滿自由電子，正離子只能圍繞各自點(diǎn)陣振動(dòng)。自由電子做定向運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)受到正離子點(diǎn)陣的阻礙。因此，要維持自由電子的規(guī)則運(yùn)動(dòng)形成傳導(dǎo)電流，必須有電場(chǎng)力作用于自由電子，以克服其在運(yùn)動(dòng)中受到的阻力。也就是說(shuō)，要維持恒定電流，導(dǎo)電媒質(zhì)中必須有電場(chǎng)強(qiáng)度。,電場(chǎng)強(qiáng)度也是恒定電場(chǎng)的基本場(chǎng)矢量。,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,例2 球形電容器的內(nèi)外半徑分別為R 1 = 5cm， R 2 = 10cm，加有電壓U= 100V。電容器內(nèi)有兩層均勻介質(zhì)，其分界面也是同心球面，半徑R0=8cm，電介質(zhì)的電導(dǎo)率分別為 求:球面之間的電流密度、電場(chǎng)強(qiáng)度,解：,35,36,例 一個(gè)由兩層媒質(zhì)構(gòu)成的平行板電容器如圖 所示。兩層媒質(zhì)的電容率和電導(dǎo)率分別為 、 和 、 ， 厚度分別為d1和d2，極板面積為S。當(dāng)外加電壓V0時(shí)，求通過(guò)電容器的漏電流和兩媒質(zhì)分界面上的自由電荷密度。,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,2、媒質(zhì)分界面附近恒定電場(chǎng)分布圖,（1）在垂直于電場(chǎng)強(qiáng)度的分界面上，從電導(dǎo)率小的媒質(zhì)到電導(dǎo)率大的媒質(zhì)，電場(chǎng)強(qiáng)度的法向分量由大到小。 （2）在平行于電場(chǎng)強(qiáng)度的分界面上，電場(chǎng)強(qiáng)度（只有切向分量）連續(xù)。,媒質(zhì)分界面附近電場(chǎng)強(qiáng)度,正方形內(nèi)媒質(zhì)的電導(dǎo)率是其 外部媒質(zhì)電導(dǎo)率的2倍。,53,（1）在垂直于電流密度的分界面上電流密度連續(xù)。 （2）在平行于電場(chǎng)強(qiáng)度的分界面上，分界面兩側(cè)電導(dǎo)率大的媒質(zhì)中電流密度切向分量較大。,媒質(zhì)分界面附近電流密度,54,55,56,57,58,59,60,導(dǎo)體與理想介質(zhì)分界面,61,導(dǎo)體與理想介質(zhì)分界面,電場(chǎng)切向分量不為零，導(dǎo)體非等位體，導(dǎo)體表面非等位面。,62,若 （理想導(dǎo)體），導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)為零，電 流分布在導(dǎo)體表面，導(dǎo)體不損耗能量。,在邊界面導(dǎo)體一側(cè)：,導(dǎo)體與理想介質(zhì)分界面,63,載流導(dǎo)體表面的電場(chǎng),導(dǎo)體周圍介質(zhì)中的電場(chǎng)：,64,3-6 垂直,3-7 水平,65,66,67,68,69,70,3、接地體附近跨步電壓,接地電流流入大地后，在地面形成電位分布。在接地體附近地面，人的兩腳之間有電位差，這一點(diǎn)位差稱為跨步電壓。跨步電壓超過(guò)允許值的區(qū)域稱為危險(xiǎn)區(qū)。,例如，電線斷了落在地上，如果人處于危險(xiǎn)區(qū)時(shí)，如何自救？,71,恒定電場(chǎng)（Ee =0處)與靜電場(chǎng)（=0） 的情況比較,72,73,第三章總結(jié)：,1、體電流密度的定義式,2、電流密度與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系,3、電源