電磁場(chǎng)導(dǎo)論之物理基礎(chǔ)(編輯修改稿)
2025-02-12 19:42 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 q 020d4 ???qSrqS???第一章電磁場(chǎng)的物理基礎(chǔ) 23 電介質(zhì)的分類 介質(zhì)的極化 三種極化現(xiàn)象 : 電子極化 ——無(wú)極分子 原子核外圍的電子云，在外電場(chǎng)作用下發(fā)生相對(duì)位移，出現(xiàn)電偶極矩 p = ql 離子極化 ——無(wú)極分子 的正負(fù)離子，在外電場(chǎng)的作用下發(fā)生位移，出現(xiàn)電偶極矩 p = ql 取向極化 ——有極分子 的固有電偶極矩 p，在外電場(chǎng)的作用下順電場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生合成電矩 ?p ≠ 0 有極分子 ——無(wú)外加電場(chǎng)時(shí)正負(fù)電荷中心不重合 ,電偶極矩排列雜亂無(wú)章 ?p = 0。 無(wú)極分子 ——無(wú)外加電場(chǎng)時(shí)正負(fù)電荷作用中心重合電偶極距 p = 0 ； 第一章電磁場(chǎng)的物理基礎(chǔ) 24 無(wú)極性分子 有極性分子 電介質(zhì)的極化 第一章電磁場(chǎng)的物理基礎(chǔ) 25 電介質(zhì)被極化的程度用“ 極化強(qiáng)度 ”表示 avv Nv ppP ???? ??? 0l i m物理意義：?jiǎn)挝惑w積中的電偶極矩 ， 單位 C/m2 極化強(qiáng)度 P與電場(chǎng)強(qiáng)度 E的關(guān)系與電介質(zhì)的物理性質(zhì)有關(guān)，對(duì)于線性、各向同性電介質(zhì) P = ?e?0E 式中： ?e稱為電介質(zhì)的極化率，一般與 E無(wú)關(guān)，且無(wú)量綱 第一章電磁場(chǎng)的物理基礎(chǔ) 26 介質(zhì)極化結(jié)果是在介質(zhì)表面和體積中出現(xiàn)極化電荷 任意閉合面包圍的極化電荷總量 SP d??? ?Spq 電場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，束縛電荷會(huì)脫離它們的分子結(jié)構(gòu)而自由移動(dòng)，擊穿。電介質(zhì)能安全地承受的最大電場(chǎng)強(qiáng)度，稱為該材料的電介質(zhì)強(qiáng)度，或稱 擊穿場(chǎng)強(qiáng) 。 介質(zhì)表面總有 極化面電荷 不均勻介質(zhì)體積內(nèi)有 極化體電荷 S n P ? dS l + + + + + + ? ? ? ? ? ? E 第一章電磁場(chǎng)的物理基礎(chǔ) 27 電位移矢量 ? ??s q 0/d ?sE高斯通量定理用于電介質(zhì)時(shí)， 既包含自由電荷 q，也包含極化電荷 qp 00dd???? ?????? SSpqqq SPSE則得， 介質(zhì)中的高斯通量定理 ? ??S qSD d定義 PED ??0?稱“電位移矢量”或“電感應(yīng)強(qiáng)度” qS ???? SPE d)( 0?移項(xiàng)合并整理得 第一章電磁場(chǎng)的物理基礎(chǔ) 28 EEEPED ???????? 0000 )1( ???? ee xx?r=1+xe 稱為電介質(zhì)的 相對(duì)介電常數(shù) （ 無(wú)量綱 ） ? = ?r?0 稱 為電介質(zhì)的介電常數(shù)（ 單位 F/m） ED ?? ?均勻 —— ? 與空間位置無(wú)關(guān)； 線性 —— ? 與 E 的大小無(wú)關(guān)； 各向同性 —— ? 與 E的方向無(wú)關(guān)； 各向異性 —— ? 不是常數(shù)， D與 E方向不同； 對(duì)于線性、各向同性、均勻介質(zhì) 第一章電磁場(chǎng)的物理基礎(chǔ) 29 解 :設(shè)內(nèi)導(dǎo)體表面帶電量為 q， 由 得 qS ??? SD drlrq eD?? ?2rr lrqlrq eeDE????? 00 4)2(2 ?????例 12 同軸電纜內(nèi)外導(dǎo)體半徑分別為 R1和 R2長(zhǎng)度為 l，中間為線性各向同性電介質(zhì)，相對(duì)電容率 ?r=2。已知內(nèi)外導(dǎo)體間的電壓為 U， 求： 1)介質(zhì)中的 D、 E和 P； 2)內(nèi)導(dǎo)體表面的自由電荷量 q 3)介質(zhì)內(nèi)表面的極化電荷量 qP 第一章電磁場(chǎng)的物理基礎(chǔ) 30 由于 1200ln4d4d 2121 RRlqrrlqU RRRR ???????? ?? lE故 內(nèi)導(dǎo)體的自由電荷量 120 ln4 RRlUq ???介質(zhì)中 rRRrU eE12ln?? rRRrU eED120ln2???? ??rrRRrURRrUU eeEDP12012000lnln2???????? ????介質(zhì)內(nèi)表面的極化電荷量 12011210ln22lnRRUllRRRRUdqsP??????????? ?????sP第一章電磁場(chǎng)的物理基礎(chǔ) 31 作 業(yè) 13 雙線傳輸線導(dǎo)線半徑都是 R=10mm， 幾何軸間距離為 d=1m ，導(dǎo)線間的電壓為 U=100kV。假設(shè)電荷的作用中心在導(dǎo)線幾何軸上。 求： 1） 導(dǎo)線表面的最大電場(chǎng)強(qiáng)度 Ea； 2） 判斷導(dǎo)線表面的空氣能否擊穿 。 13題圖 d U 11 已知半徑為 R的半圓柱面均勻分布面電荷密度為 ?,試依據(jù)無(wú)限長(zhǎng)線電荷場(chǎng)強(qiáng)公式 和疊加原理， 求半圓柱軸線上的電場(chǎng)強(qiáng)度 E。 rr eE ???2?11題圖 ? R 第一章電磁場(chǎng)的物理基礎(chǔ) 32 磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度 安培力定律 ? ? ??? 1 2 2121122021)d(dπ4 l lrrII ellF ?其中真空的磁導(dǎo)率 ?0= 4? /10?7 (H/m) ?? ??? 1 21102 2221 ]d4[d l rl rII ellF ??? ?? 2 122 dl I BlI2dl2 l1 I1dl1 er r12 l2 F21 根據(jù)場(chǎng)的觀點(diǎn)，可改寫為 兩電流回路間的作用力 第一章電磁場(chǎng)的物理基礎(chǔ) 33 當(dāng)體、面、線電流都存在時(shí) ??? ??? ?????? l rS rV r rIsrVr 202020
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