能量守恒定律2能量密度和能流密度帶電體受電磁場的洛倫茲力課件

§1.6電磁場的能量和能流EnergyandEnergyFlowofElectromagneticField能量轉(zhuǎn)換和守恒電磁場能量密度和能流密度電磁能量的傳輸§1.6電磁場的能量和能流11、能量轉(zhuǎn)化與守恒能量：物質(zhì)運動強度的量度，表示物體做功的物理量。

主要形式：機械能、熱能、化學能、電磁能、原子能。能量守恒與轉(zhuǎn)化：能量在不同形式之間可以相互轉(zhuǎn)化，但總量保持不變。電磁能的特點：電磁場作為一種物質(zhì)，具有能量和動量，電磁場彌散于全空間，電磁能也應(yīng)彌散于全空間。認識一種新物質(zhì)的能量從能量轉(zhuǎn)化入手

熱能：從機械能轉(zhuǎn)化認識熱能并得到熱能的量度。

電磁能：從電磁場對帶電體系做功來認識電磁能。1、能量轉(zhuǎn)化與守恒能量：物質(zhì)運動強度的量度，表示物體做功的物2考慮一定區(qū)域中電磁場力對其中“自由”荷電物質(zhì)作功，此功將轉(zhuǎn)變成“自由”荷電物質(zhì)的機械能，根據(jù)能量守恒的信念，應(yīng)該有場對物質(zhì)作功場能量的增加流入?yún)^(qū)域的能量把場力作功表達成電磁場量，就可能獲得場能量的合理表達式(1)場的能量密度：單位體積的能量(2)場的能流密度：單位時間垂直流過單位橫截面的能量考慮一定區(qū)域中電磁場力對其中“自由”荷電物質(zhì)作功，此功將轉(zhuǎn)變3場對電荷所作的功為：V內(nèi)場的能量增加率為：場對電荷單位時間所作的功為(功率)：通過界面S流入V內(nèi)的能量為：場對電荷所作的功為：V內(nèi)場的能量增加率為：場對電荷單位時間所4能量守恒定律能量守恒定律52、能量密度和能流密度帶電體受電磁場的洛倫茲力(力密度)2、能量密度和能流密度帶電體受電磁場的洛倫茲力(力密度)6

利用利用7能流密度：能量密度變化率：Poynting矢量討論：(１)真空中電荷分布能流密度：能量密度變化率：Poynting矢量討論：(１)8(２)介質(zhì)內(nèi)的電磁能量和能流自由電荷束縛電荷電磁場動能或焦耳熱極化能或磁化能、介質(zhì)損耗介質(zhì)中場能量的改變：線性介質(zhì)：(２)介質(zhì)內(nèi)的電磁能量和能流自由電荷束縛電荷電磁場動能或焦93、電磁能量的傳輸電子運動的能量并不是供給負載上消耗的能量3、電磁能量的傳輸電子運動的能量并不是供給負載上消耗的能量10例：同軸傳輸線內(nèi)導(dǎo)線半經(jīng)為a，外半經(jīng)為b，兩導(dǎo)線間為均勻絕緣介質(zhì)．導(dǎo)線載有電流Ｉ，兩導(dǎo)線間的電壓為Ｕ．（１）忽略導(dǎo)線電阻，計算介質(zhì)中的能流和傳輸功率；（２）計及內(nèi)導(dǎo)線的有限電阻率，計算通過內(nèi)導(dǎo)線表面進入導(dǎo)線的能流，證明它等于導(dǎo)線的損耗功率．例：同軸傳輸線內(nèi)導(dǎo)線半經(jīng)為a，外半經(jīng)為b，兩導(dǎo)線間為均勻（１11解：（１）電磁場能量沿導(dǎo)線傳輸解：（１）電磁場能量沿導(dǎo)線傳輸12（２）在導(dǎo)線內(nèi)：在導(dǎo)線內(nèi)表面：（２）在導(dǎo)線內(nèi)：在導(dǎo)線內(nèi)表面：1314.內(nèi)外半徑分別為a和b的無限長圓柱形電容器，單位長度荷電為，極間填充電導(dǎo)率為的非磁性物質(zhì)．（1）證明在介質(zhì)中任何一點傳導(dǎo)電流與位移電流嚴格抵消，因此內(nèi)部無磁場。（2）求（3）求與軸相距為r的地方的能量耗散功率密度（4)求長度為L的一段介質(zhì)總的能量耗散功率，并證明它等于這段的靜電能減少率隨時間的衰減規(guī)律．解：（1）14.內(nèi)外半徑分別為a和b的無限長圓柱形電容器，單位長度荷14（２）（２）15（３）（４）（３）（４）16§1.6電磁場的能量和能流EnergyandEnergyFlowofElectromagneticField能量轉(zhuǎn)換和守恒電磁場能量密度和能流密度電磁能量的傳輸§1.6電磁場的能量和能流171、能量轉(zhuǎn)化與守恒能量：物質(zhì)運動強度的量度，表示物體做功的物理量。

主要形式：機械能、熱能、化學能、電磁能、原子能。能量守恒與轉(zhuǎn)化：能量在不同形式之間可以相互轉(zhuǎn)化，但總量保持不變。電磁能的特點：電磁場作為一種物質(zhì)，具有能量和動量，電磁場彌散于全空間，電磁能也應(yīng)彌散于全空間。認識一種新物質(zhì)的能量從能量轉(zhuǎn)化入手

熱能：從機械能轉(zhuǎn)化認識熱能并得到熱能的量度。

電磁能：從電磁場對帶電體系做功來認識電磁能。1、能量轉(zhuǎn)化與守恒能量：物質(zhì)運動強度的量度，表示物體做功的物18考慮一定區(qū)域中電磁場力對其中“自由”荷電物質(zhì)作功，此功將轉(zhuǎn)變成“自由”荷電物質(zhì)的機械能，根據(jù)能量守恒的信念，應(yīng)該有場對物質(zhì)作功場能量的增加流入?yún)^(qū)域的能量把場力作功表達成電磁場量，就可能獲得場能量的合理表達式(1)場的能量密度：單位體積的能量(2)場的能流密度：單位時間垂直流過單位橫截面的能量考慮一定區(qū)域中電磁場力對其中“自由”荷電物質(zhì)作功，此功將轉(zhuǎn)變19場對電荷所作的功為：V內(nèi)場的能量增加率為：場對電荷單位時間所作的功為(功率)：通過界面S流入V內(nèi)的能量為：場對電荷所作的功為：V內(nèi)場的能量增加率為：場對電荷單位時間所20能量守恒定律能量守恒定律212、能量密度和能流密度帶電體受電磁場的洛倫茲力(力密度)2、能量密度和能流密度帶電體受電磁場的洛倫茲力(力密度)22

利用利用23能流密度：能量密度變化率：Poynting矢量討論：(１)真空中電荷分布能流密度：能量密度變化率：Poynting矢量討論：(１)24(２)介質(zhì)內(nèi)的電磁能量和能流自由電荷束縛電荷電磁場動能或焦耳熱極化能或磁化能、介質(zhì)損耗介質(zhì)中場能量的改變：線性介質(zhì)：(２)介質(zhì)內(nèi)的電磁能量和能流自由電荷束縛電荷電磁場動能或焦253、電磁能量的傳輸電子運動的能量并不是供給負載上消耗的能量3、電磁能量的傳輸電子運動的能量并不是供給負載上消耗的能量26例：同軸傳輸線內(nèi)導(dǎo)線半經(jīng)為a，外半經(jīng)為b，兩導(dǎo)線間為均勻絕緣介質(zhì)．導(dǎo)線載有電流Ｉ，兩導(dǎo)線間的電壓為Ｕ．（１）忽略導(dǎo)線電阻，計算介質(zhì)中的能流和傳輸功率；（２）計及內(nèi)導(dǎo)線的有限電阻率，計算通過內(nèi)導(dǎo)線表面進入導(dǎo)線的能流，證明它等于導(dǎo)線的損耗功率．例：同軸傳輸線內(nèi)導(dǎo)線半經(jīng)為a，外半經(jīng)為b，兩導(dǎo)線間為均勻（１27解：（１）電磁場能量沿導(dǎo)線傳輸解：（１）電磁場能量沿導(dǎo)線傳輸28（２）在導(dǎo)線內(nèi)：在導(dǎo)線內(nèi)表面：（２）在導(dǎo)線內(nèi)：在導(dǎo)線內(nèi)表面：2914.內(nèi)外半徑分別為a和b的無限長圓柱形電容器，單位長度荷電為，極間填充電導(dǎo)率為的非磁性物質(zhì)．（1）證明在介質(zhì)中任何一點傳導(dǎo)電流與位移電流嚴格抵消，因此內(nèi)部無磁場。（2）求