能量守恒定律2能量密度和能流密度帶電體受電磁場(chǎng)的洛倫茲力課件

§1.6電磁場(chǎng)的能量和能流EnergyandEnergyFlowofElectromagneticField能量轉(zhuǎn)換和守恒電磁場(chǎng)能量密度和能流密度電磁能量的傳輸§1.6電磁場(chǎng)的能量和能流11、能量轉(zhuǎn)化與守恒能量：物質(zhì)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的量度，表示物體做功的物理量。

主要形式：機(jī)械能、熱能、化學(xué)能、電磁能、原子能。能量守恒與轉(zhuǎn)化：能量在不同形式之間可以相互轉(zhuǎn)化，但總量保持不變。電磁能的特點(diǎn)：電磁場(chǎng)作為一種物質(zhì)，具有能量和動(dòng)量，電磁場(chǎng)彌散于全空間，電磁能也應(yīng)彌散于全空間。認(rèn)識(shí)一種新物質(zhì)的能量從能量轉(zhuǎn)化入手

熱能：從機(jī)械能轉(zhuǎn)化認(rèn)識(shí)熱能并得到熱能的量度。

電磁能：從電磁場(chǎng)對(duì)帶電體系做功來認(rèn)識(shí)電磁能。1、能量轉(zhuǎn)化與守恒能量：物質(zhì)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的量度，表示物體做功的物2考慮一定區(qū)域中電磁場(chǎng)力對(duì)其中“自由”荷電物質(zhì)作功，此功將轉(zhuǎn)變成“自由”荷電物質(zhì)的機(jī)械能，根據(jù)能量守恒的信念，應(yīng)該有場(chǎng)對(duì)物質(zhì)作功場(chǎng)能量的增加流入?yún)^(qū)域的能量把場(chǎng)力作功表達(dá)成電磁場(chǎng)量，就可能獲得場(chǎng)能量的合理表達(dá)式(1)場(chǎng)的能量密度：?jiǎn)挝惑w積的能量(2)場(chǎng)的能流密度：?jiǎn)挝粫r(shí)間垂直流過單位橫截面的能量考慮一定區(qū)域中電磁場(chǎng)力對(duì)其中“自由”荷電物質(zhì)作功，此功將轉(zhuǎn)變3場(chǎng)對(duì)電荷所作的功為：V內(nèi)場(chǎng)的能量增加率為：場(chǎng)對(duì)電荷單位時(shí)間所作的功為(功率)：通過界面S流入V內(nèi)的能量為：場(chǎng)對(duì)電荷所作的功為：V內(nèi)場(chǎng)的能量增加率為：場(chǎng)對(duì)電荷單位時(shí)間所4能量守恒定律能量守恒定律52、能量密度和能流密度帶電體受電磁場(chǎng)的洛倫茲力(力密度)2、能量密度和能流密度帶電體受電磁場(chǎng)的洛倫茲力(力密度)6

利用利用7能流密度：能量密度變化率：Poynting矢量討論：(１)真空中電荷分布能流密度：能量密度變化率：Poynting矢量討論：(１)8(２)介質(zhì)內(nèi)的電磁能量和能流自由電荷束縛電荷電磁場(chǎng)動(dòng)能或焦耳熱極化能或磁化能、介質(zhì)損耗介質(zhì)中場(chǎng)能量的改變：線性介質(zhì)：(２)介質(zhì)內(nèi)的電磁能量和能流自由電荷束縛電荷電磁場(chǎng)動(dòng)能或焦93、電磁能量的傳輸電子運(yùn)動(dòng)的能量并不是供給負(fù)載上消耗的能量3、電磁能量的傳輸電子運(yùn)動(dòng)的能量并不是供給負(fù)載上消耗的能量10例：同軸傳輸線內(nèi)導(dǎo)線半經(jīng)為a，外半經(jīng)為b，兩導(dǎo)線間為均勻絕緣介質(zhì)．導(dǎo)線載有電流Ｉ，兩導(dǎo)線間的電壓為Ｕ．（１）忽略導(dǎo)線電阻，計(jì)算介質(zhì)中的能流和傳輸功率；（２）計(jì)及內(nèi)導(dǎo)線的有限電阻率，計(jì)算通過內(nèi)導(dǎo)線表面進(jìn)入導(dǎo)線的能流，證明它等于導(dǎo)線的損耗功率．例：同軸傳輸線內(nèi)導(dǎo)線半經(jīng)為a，外半經(jīng)為b，兩導(dǎo)線間為均勻（１11解：（１）電磁場(chǎng)能量沿導(dǎo)線傳輸解：（１）電磁場(chǎng)能量沿導(dǎo)線傳輸12（２）在導(dǎo)線內(nèi)：在導(dǎo)線內(nèi)表面：（２）在導(dǎo)線內(nèi)：在導(dǎo)線內(nèi)表面：1314.內(nèi)外半徑分別為a和b的無限長(zhǎng)圓柱形電容器，單位長(zhǎng)度荷電為，極間填充電導(dǎo)率為的非磁性物質(zhì)．（1）證明在介質(zhì)中任何一點(diǎn)傳導(dǎo)電流與位移電流嚴(yán)格抵消，因此內(nèi)部無磁場(chǎng)。（2）求（3）求與軸相距為r的地方的能量耗散功率密度（4)求長(zhǎng)度為L(zhǎng)的一段介質(zhì)總的能量耗散功率，并證明它等于這段的靜電能減少率隨時(shí)間的衰減規(guī)律．解：（1）14.內(nèi)外半徑分別為a和b的無限長(zhǎng)圓柱形電容器，單位長(zhǎng)度荷14（２）（２）15（３）（４）（３）（４）16§1.6電磁場(chǎng)的能量和能流EnergyandEnergyFlowofElectromagneticField能量轉(zhuǎn)換和守恒電磁場(chǎng)能量密度和能流密度電磁能量的傳輸§1.6電磁場(chǎng)的能量和能流171、能量轉(zhuǎn)化與守恒能量：物質(zhì)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的量度，表示物體做功的物理量。

主要形式：機(jī)械能、熱能、化學(xué)能、電磁能、原子能。能量守恒與轉(zhuǎn)化：能量在不同形式之間可以相互轉(zhuǎn)化，但總量保持不變。電磁能的特點(diǎn)：電磁場(chǎng)作為一種物質(zhì)，具有能量和動(dòng)量，電磁場(chǎng)彌散于全空間，電磁能也應(yīng)彌散于全空間。認(rèn)識(shí)一種新物質(zhì)的能量從能量轉(zhuǎn)化入手

熱能：從機(jī)械能轉(zhuǎn)化認(rèn)識(shí)熱能并得到熱能的量度。

電磁能：從電磁場(chǎng)對(duì)帶電體系做功來認(rèn)識(shí)電磁能。1、能量轉(zhuǎn)化與守恒能量：物質(zhì)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的量度，表示物體做功的物18考慮一定區(qū)域中電磁場(chǎng)力對(duì)其中“自由”荷電物質(zhì)作功，此功將轉(zhuǎn)變成“自由”荷電物質(zhì)的機(jī)械能，根據(jù)能量守恒的信念，應(yīng)該有場(chǎng)對(duì)物質(zhì)作功場(chǎng)能量的增加流入?yún)^(qū)域的能量把場(chǎng)力作功表達(dá)成電磁場(chǎng)量，就可能獲得場(chǎng)能量的合理表達(dá)式(1)場(chǎng)的能量密度：?jiǎn)挝惑w積的能量(2)場(chǎng)的能流密度：?jiǎn)挝粫r(shí)間垂直流過單位橫截面的能量考慮一定區(qū)域中電磁場(chǎng)力對(duì)其中“自由”荷電物質(zhì)作功，此功將轉(zhuǎn)變19場(chǎng)對(duì)電荷所作的功為：V內(nèi)場(chǎng)的能量增加率為：場(chǎng)對(duì)電荷單位時(shí)間所作的功為(功率)：通過界面S流入V內(nèi)的能量為：場(chǎng)對(duì)電荷所作的功為：V內(nèi)場(chǎng)的能量增加率為：場(chǎng)對(duì)電荷單位時(shí)間所20能量守恒定律能量守恒定律212、能量密度和能流密度帶電體受電磁場(chǎng)的洛倫茲力(力密度)2、能量密度和能流密度帶電體受電磁場(chǎng)的洛倫茲力(力密度)22

利用利用23能流密度：能量密度變化率：Poynting矢量討論：(１)真空中電荷分布能流密度：能量密度變化率：Poynting矢量討論：(１)24(２)介質(zhì)內(nèi)的電磁能量和能流自由電荷束縛電荷電磁場(chǎng)動(dòng)能或焦耳熱極化能或磁化能、介質(zhì)損耗介質(zhì)中場(chǎng)能量的改變：線性介質(zhì)：(２)介質(zhì)內(nèi)的電磁能量和能流自由電荷束縛電荷電磁場(chǎng)動(dòng)能或焦253、電磁能量的傳輸電子運(yùn)動(dòng)的能量并不是供給負(fù)載上消耗的能量3、電磁能量的傳輸電子運(yùn)動(dòng)的能量并不是供給負(fù)載上消耗的能量26例：同軸傳輸線內(nèi)導(dǎo)線半經(jīng)為a，外半經(jīng)為b，兩導(dǎo)線間為均勻絕緣介質(zhì)．導(dǎo)線載有電流Ｉ，兩導(dǎo)線間的電壓為Ｕ．（１）忽略導(dǎo)線電阻，計(jì)算介質(zhì)中的能流和傳輸功率；（２）計(jì)及內(nèi)導(dǎo)線的有限電阻率，計(jì)算通過內(nèi)導(dǎo)線表面進(jìn)入導(dǎo)線的能流，證明它等于導(dǎo)線的損耗功率．例：同軸傳輸線內(nèi)導(dǎo)線半經(jīng)為a，外半經(jīng)為b，兩導(dǎo)線間為均勻（１27解：（１）電磁場(chǎng)能量沿導(dǎo)線傳輸解：（１）電磁場(chǎng)能量沿導(dǎo)線傳輸28（２）在導(dǎo)線內(nèi)：在導(dǎo)線內(nèi)表面：（２）在導(dǎo)線內(nèi)：在導(dǎo)線內(nèi)表面：2914.內(nèi)外半徑分別為a和b的無限長(zhǎng)圓柱形電容器，單位長(zhǎng)度荷電為，極間填充電導(dǎo)率為的非磁性物質(zhì)．（1）證明在介質(zhì)中任何一點(diǎn)傳導(dǎo)電流與位移電流嚴(yán)格抵消，因此內(nèi)部無磁場(chǎng)。（2）求