工程电磁场原理倪光正.ppt

工程电磁场原理第章倪光正
第一页，共三十二页。
导体和电介质
静电场中的导体
导体静电平衡
静电感应
外电场中导体
自由电子反E 移动
电荷重新分布
内电场抵消外电场
自由
电 分布”
~ “ 分布”
P357附录二式4
第十一页，共三十二页。
~ “ 分布”
~ “ 分布”
第十二页，共三十二页。
 均匀介质，无论是否均匀极化，其内部无极化电荷分布，即 ，极化电荷将仅分布在介质的表面
 极化后，整体极化电荷分布的总和应等于零。即
 场分布计算关系式
第十三页，共三十二页。
电介质中的电场
基本出发点：
电介质中的电场——真空中，自由电荷与极化电荷共同产生的静电场。
电介质中的高斯定理
电位移矢量(displacement vector)
1 电介质中高斯定理微分形式
第十四页，共三十二页。
电介质中的电场
自由空间中，
电介质空间中，静电场散度公式：
同样
电介质空间中，
散度源
自由电荷
自由电荷或束缚电荷
第十五页，共三十二页。
 由散度特性可见，电位移矢量 的源是自由电荷，故电介质中，穿过任一闭合面， 通量等于该闭合面内自由电荷的代数和，而与束缚电荷无关。
 通量～自由电荷，决非意味 的分布与介质无关（事实上， 即已给出）
 存在电介质时， 的源既可是自由电荷，也可以是束缚电荷。
 在具有对称性特征的电介质中电场计算时，高斯定理（积分形式）是十分简便有效的方法。
2 电介质中高斯定理积分形式
第十六页，共三十二页。
介电常数 • 击穿场强

即媒质（电介质）的构成方程
 —— 介质的介电常数，F/m，表征了介质的极化特性。
 ——相对介电常数，无量纲量。
 均匀与非均匀介质
均匀  =const
非均匀
称为介质的极化率
第十七页，共三十二页。
 各向同性与各向异性
各向同性：媒质参数不随电场的方向改变；
各向异性：媒质参数随电场的方向改变。
 线性与非线性
线性：媒质参数不随电场的值而变化；
非线性：媒质参数随电场的值而变化。
不同电介质的性质
第十八页，共三十二页。
例 分析理想平板电容器极板间电介质中的电场。
第十九页，共三十二页。
当在电极间插入均匀且各向同性的电介质 时，则如图所示，电介质中将产生极化效应，且仅在该电介质两表面处分别呈现面密度为P 的正、负极化电荷分布(其内部极化电荷体密度 )。
由此可见，极化电荷形成的极化电场 的量值 ，方向如图所示。因此，电介质中的电场（合成电场)为
其值为
[分析] 设该平板电容器两极板上分布的自由电荷面密度分别为  和 - 。当电极之间为真空时，电容器内的电场强度 的量值 ，其方向与电极平面垂直，且均匀分布。
第二十页，共三十二页。
这表明，在平板电容器极板上自由电荷面密度  不变的情况下，有电介质时的电场强度，比真空时的电场强度减弱了由极化电荷所产生的场强 。
 线起始于负的束缚电荷而终止于正的束缚电荷；
 线起始于正的自由电荷或正的束缚电荷而终止于负的自由电荷或负的束缚电荷。
第二十一页，共三十二页。
例 平板电容器中有一块介质，画出 、 和 线分布。
线
线
线
第二十二页，共三十二页。

 雷击闪电——
大气为雷积云与大地间的高电场击穿的实例。
常态下大气（空气）
 工程上，对于绝缘材料的应用，规定
 各类开关中的电弧放电——空气、油、SF6 被击穿
第二十三页，共三十二页。
不同媒质分界面上的边界条件
及其导数突变
研究边界条件
实际电磁装置
（多媒质共存）
具体方法：
因为场由 源决定，所以由相应极限给出，
，所以可由 给出。
第二十四页，共三十二页。
不同媒质分界面上的边界条件

Boundary