電磁場(chǎng)與電磁波(第三版之)電磁場(chǎng)中的基本物理量

1、第2章 電磁場(chǎng)中的基本物理量和基本實(shí)驗(yàn)定律 為分析電磁場(chǎng)，本章在宏觀理論的假設(shè)和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，介紹電磁場(chǎng)中為分析電磁場(chǎng)，本章在宏觀理論的假設(shè)和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，介紹電磁場(chǎng)中的基本物理量和實(shí)驗(yàn)定律。的基本物理量和實(shí)驗(yàn)定律。 在靜止和穩(wěn)定的情況下，確立在靜止和穩(wěn)定的情況下，確立分布電荷分布電荷與與分布電流分布電流的概念物理量；在電的概念物理量；在電荷守恒的假設(shè)前提下，確立電流連續(xù)性方程。荷守恒的假設(shè)前提下，確立電流連續(xù)性方程。 在庫(kù)侖實(shí)驗(yàn)定律和安培力實(shí)驗(yàn)定律的基礎(chǔ)上建立在庫(kù)侖實(shí)驗(yàn)定律和安培力實(shí)驗(yàn)定律的基礎(chǔ)上建立電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度E 和和磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B的概念。的概念。 在電荷分布和電流分布已知的條

2、件下，提出計(jì)算電場(chǎng)與磁場(chǎng)的矢量積分公在電荷分布和電流分布已知的條件下，提出計(jì)算電場(chǎng)與磁場(chǎng)的矢量積分公式。式。2.1 2.1 電荷與電荷分布電荷與電荷分布2.2 2.2 電流與電流密度電流與電流密度2.3 2.3 電流連續(xù)性方程電流連續(xù)性方程2.4 2.4 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度 庫(kù)侖定律庫(kù)侖定律2.5 2.5 安培力定律安培力定律 磁感應(yīng)磁感應(yīng)2.1 2.1 電荷與電荷分布電荷與電荷分布電荷體密度電荷體密度03lim/qCmrdqr電荷面密度電荷面密度02/limSCmqSrdSqSr電荷線密度電荷線密度 0lim/llqlCm rdllqlr體電流密度體電流密度 2.2 2.2 電流與電流密度電流

3、與電流密度電流電流 單位時(shí)間內(nèi)穿過面積單位時(shí)間內(nèi)穿過面積S的電荷量。其單位為的電荷量。其單位為A（安培）安培）0dlimdtqqItt 體電流密度體電流密度dSI JrS設(shè)電流呈體分布設(shè)電流呈體分布20limA /mSIS：J大大 小小方方 向向 ： 正正 電電 荷荷 運(yùn)運(yùn) 動(dòng)動(dòng) 的的 方方 向向 （ 電電 流流 的的 方方 向向 ）流過任意曲面的電流流過任意曲面的電流 SI S式中式中 的法線方向與電流的方向一致。的法線方向與電流的方向一致。 S面電流密度面電流密度設(shè)電流呈面分布設(shè)電流呈面分布面電流密度面電流密度 0jlimA /mlSIle ：）J大大 小小方方 向向 ： 正正 電電 荷荷

4、 運(yùn)運(yùn) 動(dòng)動(dòng) 的的 方方 向向（ 電電 流流 的的 方方 向向式中式中 的方向與電流的方向垂直的方向與電流的方向垂直lsinSSIJlJl流過任意流過任意 的電流的電流lIljejsinsinennnl而而I ljen于是于是sinSIJljSJlenljSle JnlSnlJ所以穿過任意曲線的電流所以穿過任意曲線的電流ddSSllI JnlJnl, ttr,dt Jr散度定理2.3 2.3 電流連續(xù)性方程電流連續(xù)性方程d,ddSqtt JrS所以所以,dt Jr,dtt r電流連續(xù)性方程電流連續(xù)性方程微分形式微分形式,ttt rJrS 取一閉合曲面取一閉合曲面S,S 所包圍的體積為所包圍的體

5、積為 ， 從閉合面內(nèi)流出的總的電流等于單位從閉合面內(nèi)流出的總的電流等于單位時(shí)間流出的電荷量。由電荷守恒定律，它應(yīng)等于體積時(shí)間流出的電荷量。由電荷守恒定律，它應(yīng)等于體積 內(nèi)電荷的減少率，即內(nèi)電荷的減少率，即對(duì)于恒定電流對(duì)于恒定電流,0ttrd0,0S SJJ則有則有2.4 2.4 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度 庫(kù)侖定律庫(kù)侖定律OqPrrR庫(kù)侖定律庫(kù)侖定律12121 2230044Rq qq qRRFeR點(diǎn)電荷點(diǎn)電荷 對(duì)點(diǎn)電荷對(duì)點(diǎn)電荷 的作用力。的作用力。1q2q定義點(diǎn)電荷定義點(diǎn)電荷 在周圍空間在周圍空間P P點(diǎn)產(chǎn)生的點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度qN個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度23110044iN

6、NiiRiiiiiqqRRrEeR對(duì)于連續(xù)的電荷分布對(duì)于連續(xù)的電荷分布230044RqqRREreR式中式中R rr3 dRrErR體分布體分布3 dlllRrrER線分布線分布3 dSSRrErR面分布面分布2.5 2.5 安培力定律安培力定律 磁感應(yīng)磁感應(yīng)安培力定律安培力定律 兩個(gè)線電流回路兩個(gè)線電流回路 和和 ，其上的電流元分別為，其上的電流元分別為 。 回路回路對(duì)對(duì) 回路的安培作用力為回路的安培作用力為 1C2C1111d,dIIll1C2C21221101 22dd4RCCIIR lleF將上式寫為將上式寫為211 21 2dCC FF其中其中0111 2222ddd4RIIRleFl 可以認(rèn)為是一個(gè)孤立電流元可以認(rèn)為是一個(gè)孤立電流元 對(duì)另對(duì)另一個(gè)孤立電流元一個(gè)孤立電流元 的安培作用力。的安培作用力。11dIl22dIl進(jìn)一步改寫為1 222dddIFlB001123ddd44RIIRRlelRB其中其中為電流元為電流元 在周圍空間產(chǎn)生的在周圍空間產(chǎn)生的磁磁感應(yīng)強(qiáng)度感應(yīng)強(qiáng)度dIl1C2C1I1d l2I2d lO1r2rR任何閉合線電流回路任何閉合線電流回路 在周圍空間的磁場(chǎng)分布在周圍空間的磁場(chǎng)分布C03dd4CIRlRBrBr對(duì)于其它形式的電流