电磁场理论基础VIP专享VIP免费

电磁场理论基础磁现象和电现象本质上是紧密联系在一起的，自然界一切电磁现象都起源于物质具有电荷属性，电现象起源于电荷，磁现象起源于电荷的运动。变化的磁场能够激发电场，变化的电场也能够激发磁场。所以，要学习电磁流体力学必须熟悉电磁场理论。1．电场基本理论（1）电荷守恒定律在任何物理过程中，各个物体的电荷可以改变，但参于这一物理过程的所有物体电荷的代数总和是守恒的，也就是说：电荷既不能创造，也不能被消灭，它们只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分。例如中性物体互相摩擦而带电时，两物体带电量的代数和仍然是零。这就是电荷守恒定律。电荷守恒定律表明：孤立系统中由于某个原因产生（或湮没）某种符号的电荷，那么必有等量异号的电荷伴随产生（或湮没），孤立系统总电荷量增加（或减小），必有等量电荷进入（或离开）该系统。（2）库仑定律1221202112?4rrqqf(N)库伦经过实验发现，真空中两个静止点电荷(q1,q2)之间的作用力与他们所带电荷的电量成正比，与他们之间的距离r平方成反比，作用的方向沿他们之间的连线，同性电荷为斥力，异性电荷为引力。ε0为真空介电常数，一般取其近似值ε0＝8.8510-12C?N-1?m-2。ε0的值随试验检测手段的进步不断精确，目前精确到小数点后9位（估计值为11位）。库仑反比定律也由越来越精确的实验得到验证。目前δ<10-16。库仑反比定律的适用范围(10-15m(原子核大小的数量级)~103m)。CharlesAugustindeCoulomb1736-1806France（3）电场强度00)()(qrFrE(V·m-1)真空中电荷与电荷之间相互以电场相互发生作用。若试探电荷q0在电场r处受电场力为F0(r),则电场强度为E(r)。（4）静电场的高斯定理)(01SinSqdSE由于静电场的电力线起始于正电荷，终止于负电荷，不会相交也不会形成封闭曲线，这就决定通过静电场内某一封闭曲面S的电通量为此封闭曲面所包围的电荷的01倍。表明电场是个有源场。由高等数学的高斯定理，静电场的高斯定理又可以写成微分形式:00/E，0为封闭曲面S内的电荷体积密度。（5）静电场的环路定理由于电荷的电力线或呈辐射状，或呈会聚状，不会出现具有涡旋形状的闭合曲线，表明静电场是个无旋场，既Ld0lE。此处L为静电场内任一闭合曲线。静电场的环路定理又可以写成微分形式:0E。表面电场是个无旋场（6）静电场与物质的相互作用由于各种物质内原子对电子的束缚各不相同，根据束缚强弱的不同可分为导体，绝缘体和半导体。在静电场中的导体在达到静电平衡时内部电场强度处处为零（应用于电屏蔽），而绝缘体(既所谓电介质)内部的电场强度为外加的1倍。此处为电介质的相对介电常数。电位移矢量ED，起始于正电荷，终止于负电荷，不受极化电荷影响。（7）边界条件在介电常数为1和2的分界面上，由于极化电荷的出现，电场会发生突变。a.介质分界面两侧的电场强度的切向分量连续。b.当介质分界面上有面密度为0自由电荷时，介质分界面两侧的电位移矢量的法向分量发生0的突变；当介质分界面上无自由电荷时，介质分界面两侧的电位移矢量的法向分量连续，且2121tgtg。此处，θ1和θ2分别为介质分界面两侧的电场强度与法线的夹角。（8）稳恒电流的连续方程与欧姆定律由于稳恒电流不会在闭合曲面包围的空间内终止或产生，稳恒电流一定要形成一个闭合的回路。即0SdSJ，此处J为电流面密度。写成微分形式:0J欧姆认为导体内部某点的电流面密度与电场强度成正比，方向相同。即EJ，此处，为导体的电导率(Ω·m)-1，为电阻率的倒数。CarlFriedrichGauss1777-1885Germany当回路中有其他形式的能量转化成电能时，应把欧姆定律扩展到更普遍的形式，)(KEJ，此处K可以是电源，在流体以速度U在磁场B中流动时为BU。2．磁场基本理论(1)稳恒磁场与安培定律安培认为组成磁铁的每个分子都具有一个小的环形分子电流，且都定向规则排列，从而在磁铁表面形成类似螺线管电流的一圈一圈的环形电流，从而磁铁对外显示出与螺线管一样的磁性。这表明一切磁现象和磁相互作用，实际上是电流显示出的磁效应和电流之间的相互作用，磁是运动电荷的一种属性。电流之间的相互作用力其实就是磁力安培对电流的磁效应进行了大量实验研究，...