工程電磁場原理倪光正演示文稿

工程電磁場原理倪光正演示文稿當前第1頁\共有32頁\編于星期日\22點優(yōu)選工程電磁場原理倪光正當前第2頁\共有32頁\編于星期日\22點2.3導(dǎo)體和電介質(zhì)2.3.1靜電場中的導(dǎo)體導(dǎo)體靜電平衡靜電感應(yīng)外電場中導(dǎo)體自由電子反E移動電荷重新分布內(nèi)電場抵消外電場自由電荷當前第3頁\共有32頁\編于星期日\22點2.3導(dǎo)體和電介質(zhì)2.3.1靜電場中的導(dǎo)體導(dǎo)體內(nèi)部；

，=const等位體；導(dǎo)體表面必與其外側(cè)的線正交；電荷必然以面電荷密度分布的形態(tài)，呈現(xiàn)在導(dǎo)體表面，且其分布密度取決于導(dǎo)體表面的曲率（曲率越大，即曲率半徑越小，面電荷分布越集中）。當前第4頁\共有32頁\編于星期日\22點尖端放電現(xiàn)象——

工程控制：凡高壓設(shè)備表面拋光，曲率半徑增大且均勻化（電極、接線端）

工程應(yīng)用：避雷針

靜電屏蔽(electricshield)ⅰ導(dǎo)殼隔絕外電場的影響

工程應(yīng)用：法拉第籠當前第5頁\共有32頁\編于星期日\22點ⅱ

接地導(dǎo)殼可隔絕殼內(nèi)帶電體對殼外空間的影響

工程應(yīng)用：高壓工作場所的接地金屬網(wǎng)，用以屏蔽高壓電場對人體的威脅（經(jīng)驗證明f=50Hz時，網(wǎng)格尺寸為1cm2即已足夠；f越高，網(wǎng)格尺寸越?。?。當前第6頁\共有32頁\編于星期日\22點2.3.2靜電場中的電介質(zhì)

?電介質(zhì)的極化電介質(zhì)——=0，即理想的絕緣材料。

電介質(zhì)中的帶電粒子被原子內(nèi)在力、分子內(nèi)在力或分子間的力所束縛——束縛電荷（boundcharge）。位移極化現(xiàn)象——

無極分子電介質(zhì)(H2、N2、O2、CH4、CCl4等)。1.極化現(xiàn)象當前第7頁\共有32頁\編于星期日\22點取向極化現(xiàn)象——

有極分子電介質(zhì)(H2O、N2O、SO2

和有機酸等)。當前第8頁\共有32頁\編于星期日\22點2.極化電場在各向同性的線性電介質(zhì)中

稱為介質(zhì)的極化率

描述極化電場的場量——表征介質(zhì)極化強度定義為(合成電場)

當前第9頁\共有32頁\編于星期日\22點

極化場的場分布——

源量(束縛電荷)--場量()間的關(guān)聯(lián)P62（2-31）已知當前第10頁\共有32頁\編于星期日\22點

極化場的場分布——

源量(束縛電荷)--場量()間的關(guān)聯(lián)又所以當前第11頁\共有32頁\編于星期日\22點~“

分布”~“

分布”P357附錄二式4當前第12頁\共有32頁\編于星期日\22點~“

分布”~“

分布”當前第13頁\共有32頁\編于星期日\22點

均勻介質(zhì)，無論是否均勻極化，其內(nèi)部無極化電荷分布，即，極化電荷將僅分布在介質(zhì)的表面極化后，整體極化電荷分布的總和應(yīng)等于零。即場分布計算關(guān)系式

當前第14頁\共有32頁\編于星期日\22點2.4電介質(zhì)中的電場基本出發(fā)點：

電介質(zhì)中的電場——真空中，自由電荷與極化電荷共同產(chǎn)生的靜電場。2.4.1電介質(zhì)中的高斯定理

電位移矢量(displacementvector)1電介質(zhì)中高斯定理微分形式當前第15頁\共有32頁\編于星期日\22點2.4電介質(zhì)中的電場

自由空間中，

電介質(zhì)空間中，靜電場散度公式：

同樣

電介質(zhì)空間中，

散度源自由電荷自由電荷或束縛電荷當前第16頁\共有32頁\編于星期日\22點由散度特性可見，電位移矢量的源是自由電荷，故電介質(zhì)中，穿過任一閉合面，通量等于該閉合面內(nèi)自由電荷的代數(shù)和，而與束縛電荷無關(guān)。

通量～自由電荷，決非意味

的分布與介質(zhì)無關(guān)（事實上，即已給出）存在電介質(zhì)時，的源既可是自由電荷，也可以是束縛電荷。在具有對稱性特征的電介質(zhì)中電場計算時，高斯定理（積分形式）是十分簡便有效的方法。2電介質(zhì)中高斯定理積分形式當前第17頁\共有32頁\編于星期日\22點2.4.2介電常數(shù)

?擊穿場強1.介電常數(shù)即媒質(zhì)（電介質(zhì)）的構(gòu)成方程

——介質(zhì)的介電常數(shù)，F(xiàn)/m，表征了介質(zhì)的極化特性。

——相對介電常數(shù)，無量綱量。均勻與非均勻介質(zhì)

均勻

=const

非均勻

稱為介質(zhì)的極化率當前第18頁\共有32頁\編于星期日\22點各向同性與各向異性各向同性：媒質(zhì)參數(shù)不隨電場的方向改變；各向異性：媒質(zhì)參數(shù)隨電場的方向改變。線性與非線性

線性：媒質(zhì)參數(shù)不隨電場的值而變化；非線性：媒質(zhì)參數(shù)隨電場的值而變化。不同電介質(zhì)的性質(zhì)當前第19頁\共有32頁\編于星期日\22點例

分析理想平板電容器極板間電介質(zhì)中的電場。當前第20頁\共有32頁\編于星期日\22點

當在電極間插入均勻且各向同性的電介質(zhì)時，則如圖所示，電介質(zhì)中將產(chǎn)生極化效應(yīng)，且僅在該電介質(zhì)兩表面處分別呈現(xiàn)面密度為P

的正、負極化電荷分布(其內(nèi)部極化電荷體密度

)。

由此可見，極化電荷形成的極化電場

的量值，方向如圖所示。因此，電介質(zhì)中的電場（合成電場)為其值為[分析]設(shè)該平板電容器兩極板上分布的自由電荷面密度分別為和-。當電極之間為真空時，電容器內(nèi)的電場強度

的量值，其方向與電極平面垂直，且均勻分布。當前第21頁\共有32頁\編于星期日\22點

這表明，在平板電容器極板上自由電荷面密度不變的情況下，有電介質(zhì)時的電場強度，比真空時的電場強度減弱了由極化電荷所產(chǎn)生的場強。

線起始于負的束縛電荷而終止于正的束縛電荷；

線起始于正的自由電荷或正的束縛電荷而終止于負的自由電荷或負的束縛電荷。當前第22頁\共有32頁\編于星期日\22點例

平板電容器中有一塊介質(zhì)，畫出、和線分布。

線

線

線當前第23頁\共有32頁\編于星期日\22點2.擊穿場強Ej

雷擊閃電——

大氣為雷積云與大地間的高電場擊穿的實例。

常態(tài)下大氣（空氣）

工程上，對于絕緣材料的應(yīng)用，規(guī)定

各類開關(guān)中的電弧放電——空氣、油、SF6被擊穿當前第24頁\共有32頁\編于星期日\22點2.4.3不同媒質(zhì)分界面上的邊界條件及其導(dǎo)數(shù)突變研究邊界條件實際電磁裝置（多媒質(zhì)共存）具體方法：因為場由源決定，所以由相應(yīng)極限給出，

，所以可由給出。當前第25頁\共有32頁\編于星期日\22點2.4.3不同媒質(zhì)分界面上的邊界條件1.兩種不同介質(zhì)分界面上的邊界條件BoundaryConditionⅰ

無旋當前第26頁\共有32頁\編于星期日\22點ⅱ

=0有散當前第27頁\共有32頁\編于星期日\22點

當分界面上

=0時，若介質(zhì)1、2皆為線性各向同性媒質(zhì)E1t=E2t

E1sin1=E2sin2

D1n=D2n

1E1cos1=2E2cos2

靜電場的折射定律當前第28頁\共有32頁\編于星期日\22點D1=D1n

=D2n=D2

分界面上場量不連續(xù)的物理解釋

當前第29頁\共有32頁\編于星期日\22點2.導(dǎo)體和介質(zhì)交界面上的邊界條件E1t=E2t

=0

Dn

=D2n

=

設(shè)定的方向，同前約定為由媒質(zhì)1指向媒質(zhì)2的單位矢量；導(dǎo)體表面處Dn

=，應(yīng)與的指向，即導(dǎo)體的外法線方向相關(guān)聯(lián)。當前第30頁\共有32頁\編