工程電磁場原理-課件

第2章靜電場1ppt課件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2ppt課件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）。3ppt課件尖端放電現(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4ppt課件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(yàn)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?。?。5ppt課件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6ppt課件取向極化現(xiàn)象——

有極分子電介質(zhì)(H2O、N2O、SO2

和有機(jī)酸等)。7ppt課件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(qiáng)度定義為(合成電場)

8ppt課件

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9ppt課件

極化場的場分布——

源量(束縛電荷)--場量()間的關(guān)聯(lián)又所以10ppt課件~“

分布”~“

分布”P357附錄二式411ppt課件~“

分布”~“

分布”12ppt課件

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

13ppt課件2.4電介質(zhì)中的電場基本出發(fā)點(diǎn)：

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14ppt課件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15ppt課件由散度特性可見，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(shí)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16ppt課件2.4.2介電常數(shù)

?擊穿場強(qiáng)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17ppt課件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)18ppt課件例

分析理想平板電容器極板間電介質(zhì)中的電場。19ppt課件

當(dāng)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(fù)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(dāng)電極之間為真空時，電容器內(nèi)的電場強(qiáng)度

的量值，其方向與電極平面垂直，且均勻分布。20ppt課件

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(qiáng)度，比真空時的電場強(qiáng)度減弱了由極化電荷所產(chǎn)生的場強(qiáng)。

線起始于負(fù)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(fù)的自由電荷或負(fù)的束縛電荷。21ppt課件例

平板電容器中有一塊介質(zhì)，畫出、和線分布。

線

線

線22ppt課件2.擊穿場強(qiáng)Ej

雷擊閃電——

大氣為雷積云與大地間的高電場擊穿的實(shí)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23ppt課件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(shí)際電磁裝置（多媒質(zhì)共存）具體方法：因?yàn)閳鲇稍礇Q定，所以由相應(yīng)極限給出，

，所以可由給出。24ppt課件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25ppt課件ⅱ

=0有散26ppt課件

當(dāng)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27ppt課件D1=D1n

=D2n=D2

分界面上場量不連續(xù)的物理解釋

28ppt課件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)。29ppt課件如果則不符合實(shí)際，故3.由電位表述的邊界條件

的證明30ppt課件3.由電位表述