第四章 时变电磁场
1. 在无源的自由空间中,已知磁场强度597.210cos(31010)A/m y H t z e -=⨯⨯-v
v
,求位移
电流密度。
2. 在电导率310S/m γ=、介电常数06εε=的导电媒质中,已知电场强度
58210sin(10)x E t e -=⨯πv v
,计算在92.510s t -=⨯时刻,媒质中的传导电流密度c J v 和位移电流密度d J v。
3. 在无源区域,已知电磁场的电场强度90.1cos(6.281020.9)V/m x E t z e =⨯-v
v
,求空间
任一点的磁场强度H v 和磁感应强度B v。
4. 一个同轴圆柱型电容器,其内、外半径分别为11cm r =、24cm r =,长度
0.5m l =,极板间介质介电常数为04ε,极板间接交流电源,电压为
V u t =π。
求极板间任意点的位移电流密度。
5.一个球形电容器的内、外半径分别为a 和b ,内、外导体间材料的介电常数为ε,电导率为γ,在内、外导体间加低频电压sin m u U t ω=。
求内、外导体间的全电流。
6. 已知自由空间中电磁波的两个场量表达式为
)V/m x E =t z e ωβ-v v
,)A/m y H =t z e ωβ-v v
式中,20MHz f =
,0.42rad/m β==。
求(1)瞬时坡印亭矢量;(2)平均坡印亭矢量;(3)流入图示的平行六面体(长为2m ,横截面积为0.5m 2)中的净瞬时功率。
7. 一个平行板电容器的极板为圆形,极板面积为S ,极板间距离为d ,介质的介电常数和电导率分别为ε,γ,试问:
(1). 当极板间电压为直流电压U 时,求电容器内任一点的坡印亭矢量; (2).
如果电容器极板间的电压为工频交流电压cos314u t =,求电容器内任一点的坡印亭矢量及电容器的有功功率和无功功率。
8. 在时变电磁场中,已知矢量位函数m e cos()z x A A t z e αωβ-=-v v
,其中m A 、α和β
均是常数。
试求电场强度E v 和磁感应强度B v 。
9. 在均匀的非导电媒质中(0γ=),已知时变电磁场分别为
430cos()V/m 3z E =t y e ωπ-v v ,410cos()A/m 3x H =t y e ω-v v
且媒质的1r μ=,由麦克斯韦方程求出ω和r ε。
10. 证明在无源空间(0f ρ=,0C J =v
)中,可引入一个矢量位m A v 和标量位m ϕ,
定义为
m D A =-∇⨯v v ,m m A
H t
ϕ∂=-∇-∂v
v ,
并在线性各向同性均匀媒质条件下推导m A v
和m ϕ满足的微分方程。
11. 在某一区域中有1r r με==和0γ=,给定推迟位函数为(c )V x z t ϕ=-和
()Wb/m c z z A x t e =-v v
,其中为常数。
(1) 证明A t
ϕμε∂∇⋅=-∂v ;
(2) 求B v 、H v 、E v 和D v ;
12. 已知区域I (0z <)的媒质参数为10εε=、10μμ=、10γ=;区域II (0z >)的媒质参数为205εε=、202μμ=、20γ=。
区域I 中的电场强度为
88
160cos(15105)20cos(15105)e V/m x E t z t z ⎡⎤=⨯-+⨯+⎣⎦v v
区域II 中的电场强度为
82cos(15105)e V/m x E A t z =⨯-v v
求: (1) 常数A ;
(2) 磁场强度1H v 与2H v
;
(3) 证明在0z =处1H v 与2H v
满足边界条件;
13. 在一个圆形平行平板电容器的极板间加上低频电压cos m u U t ω=,设极板间距为d ,极板间绝缘材料的介电常数为ε,试求极板间的磁场强度。
14. 如图所示,同轴线的内导体半径为a ,外导体的内半径为b ,其间填充均匀的理想介质。
设内、外导体间外加缓变电压cos m u U t ω=,导体中流过缓变电流
为cos m i I t ω=。
设电流方向为z e v
,导体径向方向为e ρv (指向外侧),与电流成右
手螺旋方向为e ϕv。
(1)在导体为理想导体的情况下,计算同轴线中传输的平均功率;(2)当导体的电导率γ为有限值时,定性分析对传输功率的影响。
L
Z。