电磁场与微波技术 第2章.ppt

第2章 电磁场的基本理论 电磁场基本理论分静电场、恒定电场、恒定磁场和时变电磁场四部分。其中静电场、恒定电场和恒定磁场是静态场，它们只是空间位置的函数，不随时间变化，这时电场和磁场虽然可以共处一个空间，但它们却是相互无关、各自独立存在的；时变电磁场既是空间的函数，也是时间的函数，这时变化的电场可以产生磁场，变化的磁场可以产生电场，电场与磁场不再独立，它们同时存在，形成统一的电磁场。 2.1 电磁场中的基本物理量和基本实验定律 2.1.1 电荷及电荷密度 电量的单位是C（库仑），基本电荷 带的电量为 C 1. 体电荷分布 连续分布于一个体积 之内的电荷，称为体电荷。体电荷密度 定义为 (2.1) 2. 面电荷分布 连续分布于一个几何曲面上的电荷，称为面电荷。设面积元 内有 的带电量，则面电荷密度 定义为 (2.3) 3. 线电荷分布 连续分布于一条线上的电荷，称为线电荷。设线元 内有 的带电量，则线电荷密度 定义为 (2.4) 4. 点电荷分布 当某一电荷量被想象地集中在一个几何点上时，这样的电荷称为点电荷。 2.1.2 电流及电流密度 电荷的宏观定向运动称为电流。 1.体电流分布 电荷在某一体积内定向运动所形成的电流为体电流。表示为 (2.6) 2.面电流分布 电流在厚度可以忽略的薄层内流动所形成的电流称为面电流。表示为 (2.8) 3.线电流分布 电荷在一个横截面可以忽略的细线中流动所形成的电流称为线电流。若长度元 中流过的线电流为 ，则称 为电流元。 2.1.3 库仑定律和电场强度 一个基本的实验现象是两个带电体之间有相互作用力。带电体之间没有相互接触，却有相互作用力，是因为带电体在周围的空间产生了电场，带电体之间的相互作用力是通过电场传递的。也就是说，一个带电体在周围产生的电场对另一个带电体有作用力。 假设在电场中引入一个足够小的试验电荷 ，则试验电荷必然受到作用力F 。我们将电场强度定义为 (2.9) E的单位是V/m（伏[特]/米）。库仑于1785年从实验中总结出， 受到的 作用力为 (2.10) 式中， F/m F/m（法[拉]/米），称为真空中的介电常数；如图2.2所示。 式（2.10）称为库仑定律。 （2.11） (2.13) (2.14)