第6節(jié)能量和能流

§6電磁場(chǎng)的能量和能流一、場(chǎng)和電荷系統(tǒng)的能量守恒與轉(zhuǎn)化的一般形式1描述電磁場(chǎng)能量的幾個(gè)物理量：1）電磁場(chǎng)的能量密度：定義：電磁場(chǎng)區(qū)域中，單位體積具有的電磁場(chǎng)能量稱(chēng)為能量密度。2）電磁場(chǎng)的能流密度：定義：電磁場(chǎng)能流密度是矢量。大?。?jiǎn)挝粫r(shí)間，通過(guò)單位橫截面的能量方向：電磁場(chǎng)內(nèi)任意一點(diǎn)能流密度的方向是該點(diǎn)能量傳輸?shù)姆较颉Ｓ?jì)算穿過(guò)任意面元的能量穿過(guò)任意封閉面積的能量：規(guī)定能量流入為正，流出為負(fù)。面元的外法線方向?yàn)檎?。流入能?能量守恒與轉(zhuǎn)化定律：表述：在一個(gè)封閉的電磁系統(tǒng)中，不論發(fā)生任何電磁過(guò)程，其總能量始終是守恒的另一表述：在封閉系統(tǒng)之內(nèi)，任選一個(gè)小區(qū)域，其外表面為，單位時(shí)間內(nèi)由界面流入內(nèi)的電磁能量，必然等于同時(shí)間內(nèi)場(chǎng)的能量密度增加和場(chǎng)對(duì)電荷電流系統(tǒng)做的功。反之，若單位時(shí)間從界面流出能量，必然使內(nèi)場(chǎng)的能量和系統(tǒng)能量減少。能量守恒與轉(zhuǎn)化定律數(shù)學(xué)形式：?jiǎn)挝粫r(shí)間從流出的電磁能量=電磁能量增加率+帶電粒子能量增加率數(shù)學(xué)形式：稱(chēng)為守恒定律的積分式。利用高斯公式，變成微分式：二、電磁場(chǎng)的能量與能流：由麥?zhǔn)戏匠汤玫玫脚c電荷守恒定律比較：討論1）真空情況2）介質(zhì)情況（均勻，線性）：引入介質(zhì)后，能量包括三部分：場(chǎng)能極化能磁化能場(chǎng)能極化能磁化能3）一般情況：三、電磁能量的傳輸：以導(dǎo)線、電源、用電器回路為例說(shuō)明。問(wèn)題：1電鍵合上后，負(fù)載是靠電流傳輸能量的。2認(rèn)為電荷排著隊(duì)傳遞能量?；卮穑?電磁能量究竟是怎樣傳輸?shù)模?導(dǎo)線在電磁能量傳輸中的作用？討論方法——選取導(dǎo)線中的一小段，放大1）電容性帶電——電源接通后，在導(dǎo)線皮上存在的電荷穩(wěn)定分布。2）導(dǎo)線附近的場(chǎng)：由安培環(huán)路定理電場(chǎng)有兩部分其中其中沿能流不能進(jìn)入負(fù)載，為熱損耗。沿的能量進(jìn)入負(fù)載，成為傳輸能量。討論：1）良導(dǎo)體，損耗，傳輸能量2）用電器電阻很大，因?yàn)椋瑐鬏斈芰?，損耗為：高為的柱體內(nèi)消耗的能量電阻的熱功率結(jié)論：電磁能量在穩(wěn)恒電路中依靠電磁場(chǎng)傳輸，傳輸方向從電源沿導(dǎo)線正、負(fù)極指向負(fù)載。導(dǎo)線的作用：1）荷載電容性電荷