第二章-電磁場的基本物理量與定律

1、哈爾濱工程大學(xué)信息與通信工程學(xué)院電子科學(xué)技術(shù)研究所本章內(nèi)容安排本章內(nèi)容安排2.12.1 電場基本規(guī)律電場基本規(guī)律2.22.2 磁場磁場基本定律基本定律2.1 電場基本規(guī)律電場基本規(guī)律2.1.1 電荷與電荷分布電荷與電荷分布分布電荷分布電荷：（1）體電荷）體電荷從工程和宏觀電磁學(xué)的觀點(diǎn)看，大量的帶電粒子密集從工程和宏觀電磁學(xué)的觀點(diǎn)看，大量的帶電粒子密集地出現(xiàn)在某空間體積內(nèi)，可以假定電荷以連續(xù)分布的地出現(xiàn)在某空間體積內(nèi)，可以假定電荷以連續(xù)分布的形式充滿該體積，即以電荷連續(xù)分布的概念來代替其形式充滿該體積，即以電荷連續(xù)分布的概念來代替其分離特性。分離特性。體積電荷密度體積電荷密度定義為定義為 30l

2、im(C/ m )VVqV2.1.2庫侖定律與電場強(qiáng)度庫侖定律與電場強(qiáng)度庫侖定律內(nèi)容庫侖定律內(nèi)容：真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間作用力的：真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間作用力的大小與它們電量的乘積成正比，而與其距離的平方成大小與它們電量的乘積成正比，而與其距離的平方成反比，力的方向沿著它們間的連線。反比，力的方向沿著它們間的連線。庫侖定律表達(dá)式庫侖定律表達(dá)式： 0121212320044q qq qRRFRR庫侖定律庫侖定律電場強(qiáng)度電場強(qiáng)度：單位試驗(yàn)正電荷在電場中某點(diǎn)處所受到的：單位試驗(yàn)正電荷在電場中某點(diǎn)處所受到的作用力，即為該點(diǎn)的電場強(qiáng)度作用力，即為該點(diǎn)的電場強(qiáng)度或者，根據(jù)或者，根據(jù)庫侖定律庫侖定律，則

3、點(diǎn)電荷，則點(diǎn)電荷q在其周圍空間任意在其周圍空間任意一點(diǎn)處產(chǎn)生的一點(diǎn)處產(chǎn)生的電場強(qiáng)度電場強(qiáng)度為為 00limqqFE =0003200044qqqqqRRFERR2.1.3 電位電位為了簡化電場強(qiáng)度作為矢量而帶來的復(fù)雜計(jì)算，定義為了簡化電場強(qiáng)度作為矢量而帶來的復(fù)雜計(jì)算，定義一個(gè)一個(gè)標(biāo)量函數(shù)標(biāo)量函數(shù)電位電位來描述靜電場。來描述靜電場。代表靜電場內(nèi)單位正電荷由代表靜電場內(nèi)單位正電荷由P點(diǎn)移動(dòng)到點(diǎn)移動(dòng)到Q點(diǎn)外力所做點(diǎn)外力所做的功，它稱為點(diǎn)的功，它稱為點(diǎn)Q與與P之間的之間的電位差電位差或者或者電壓電壓，表示，表示為為 dQPWq EldQQPP El2.1.4靜電場高斯定理以及電位移矢量靜電場高斯定理以

4、及電位移矢量靜電場高斯定理靜電場高斯定理：（1 1）積分形式）積分形式（2 2）微分形式）微分形式靜電場環(huán)路定理靜電場環(huán)路定理 0dSQES0E（1 1）積分形式）積分形式（2 2）微分形式）微分形式d0cEl0E2.22.2 磁場基本定律磁場基本定律2.2.1 2.2.1 電流與電流密度電流與電流密度電流電流：導(dǎo)體內(nèi)的自由電子在電場的作用下，沿著與電：導(dǎo)體內(nèi)的自由電子在電場的作用下，沿著與電場方向相反的方向作定向運(yùn)動(dòng)，這樣就形成了電流。場方向相反的方向作定向運(yùn)動(dòng)，這樣就形成了電流。（1 1）傳導(dǎo)電流）傳導(dǎo)電流導(dǎo)體導(dǎo)體中的自由電子或者中的自由電子或者半導(dǎo)體中半導(dǎo)體中的自由電荷作定向運(yùn)的自由電荷

5、作定向運(yùn)動(dòng)所形成的電流。動(dòng)所形成的電流。（2 2）運(yùn)流電流）運(yùn)流電流真空真空或者或者氣體氣體中帶電粒子運(yùn)動(dòng)所形成的電流。中帶電粒子運(yùn)動(dòng)所形成的電流。 電流密度矢量電流密度矢量：描述電荷在空間各點(diǎn)處流動(dòng)的狀態(tài)。：描述電荷在空間各點(diǎn)處流動(dòng)的狀態(tài)。（1 1）體電流密度矢量）體電流密度矢量 0dlimdSIIJSS =體電流密度體電流密度（2 2）面電流密度矢量）面電流密度矢量 0dlimdSlIIll Jnn面電流密度面電流密度2.2.2 2.2.2 歐姆定律歐姆定律歐姆定律內(nèi)容歐姆定律內(nèi)容：對(duì)于線性各向同性的導(dǎo)體，任意一點(diǎn)：對(duì)于線性各向同性的導(dǎo)體，任意一點(diǎn)的電流密度與該點(diǎn)的電場強(qiáng)度成正比，且比例因

6、為為的電流密度與該點(diǎn)的電場強(qiáng)度成正比，且比例因?yàn)闉樵搶?dǎo)體的電導(dǎo)率。該導(dǎo)體的電導(dǎo)率。歐姆定律表達(dá)式歐姆定律表達(dá)式：（1 1）微分形式）微分形式（2 2）積分形式）積分形式 JEUIR2.2.4電流連續(xù)性方程電流連續(xù)性方程基礎(chǔ)基礎(chǔ)：電荷守恒定律：電荷守恒定律（1）電流連續(xù)性方程的積分形式）電流連續(xù)性方程的積分形式 ddSVVt JS（2）電流連續(xù)性方程的微分形式）電流連續(xù)性方程的微分形式2.2.5安培力定律與磁感應(yīng)強(qiáng)度安培力定律與磁感應(yīng)強(qiáng)度安培定律內(nèi)容安培定律內(nèi)容：關(guān)于電流之間的作用力。：關(guān)于電流之間的作用力。安培定律表達(dá)式安培定律表達(dá)式： t J212100221122111232d( d)d( d)44RCCCCIIIIRR llRlleF 安培定律安培定律2.2.62.2.6恒定磁場基本方程恒定磁場基本方程- -磁通連續(xù)性定理與安培環(huán)磁通連續(xù)性定理與安培環(huán)路定律路定律磁通連續(xù)性定理磁通連續(xù)性定理（1）積分形式）積分形式磁場高斯定律的積分