当前位置:
文档之家› 【课件】工程电磁场课件ppt
【课件】工程电磁场课件ppt
2 = 0
例3-1:设一扇形导电片,
如图所示,给定两端面电
位差为U0。试求导电片内 电流场分布及其两端面间
的电阻。
图 扇形导电片中的恒定电流场
[解]:采用圆柱坐标系,设待求场量为电位,其边值问题为:
2
,
,
z
0 0
1
2
2 2
0
U 0
图 非理想介质的平板电容器中的恒定电流场
1E1 2 E2 E1d1 E2d 2 U 0
E1
2U 0 1d2 2d1
E2
1U 0 1d2 2d1
we1
1 2
1
E12
p1 1E12
we2
1 2
2
E2
2
p2 2 E22
2 1 1 2 1 2
R
U0 I
S
U0 Jc dS
b a
U 0
U0
e td
e
tln b
a
2.电功率 在恒定电流场中,沿电流方向截取一段元电流管,如图所示。
该元电流管中的电流密度J可认为是均匀的(E,F不变),其
两端面分别为两个等位面。在电场力作用下,dt时间内有dq 电荷自元电流管的左端面移至右端面,则电场力作功为:
(1)两层非理想介质中的电场强度;(2)单位体积中的电场
能量密度及功率损耗密度;(3)两层介质分界面上的自由
电荷面密度。
[解]:本例中既有静电场特性
1, 1
d1
(we,),也有恒定电流场特性
(p, )。
U0
2, 2
d2
(1) 忽略边缘效应,可以认为电
容器中电流线与两介质交界面相
垂直,用边界条件
3.不同媒质分界面上的边界条件
类同于静电场的讨论
D dS q
D2n-D1n=
S
E dl 0
E1t = E2t
l
(1)两种不同导电媒质分界面上的边界条件:
sJ dS 0
J1n= J2n
en(J2J1)=0
E dl 0
l
E1t= E2t
en(E2E1)=0
, D
故导电片内的电位 : U 0
电流面密度分布为:
Jc
E
U0
e
U0
e
I
S
Jc
dS
b a
Jc
td
tU 0
ln
b a
厚度为t的导电片两端面的电阻为:
0
J1n
J 2n ,1
2
E2n
E1n
J1n
1
0 E2n
t
E1t
0
不计良导体内部的电压降(电场强度仅有E2n),把良导体
表面可近似看作为等位面。
接地器:钢的电导率为 5 106 s/m,土壤为10-2 s/m, 所以, 1=89。59’ , 2=8’’ 0
对于线性且各向同性的两种导电媒质,有如下类比于静 电场的折射定律。
tg1 1 导体
tg2 2
tg1 1 电介质
tg2 2
J2
(2)良导体与不良导体分界面上 的边界条件:
en 2
当电流从良导体(比如:铜)流向不 2
P
良导体(比如:土壤)时,如图所示,
设 1 2,即 tg1 1
1, 1
E1t= E2t
J1
2 1 1 2 1 2
J 2n
图 两种有损电介质的分界面
只有当两种媒质参数满足 2 1 1 2 条件时,=0
例3-2:设一平板电容器由两层非理想介质串联构成,如
图所示。其介电常数和电导率分别为1,1和2,2,厚度 分别为d1和d2,外施恒定电压U0,忽略边缘效应。试求:
dW =F·dl=E·dl dq= dU dq
外电源提供的电功率为:
dP
dW
dU dq
dU dI
图 电功率的推导
E dl J dS
EJdV
dt
dt
故恒定电流场的电功率体密度:
p dP EJ E 2 J 2
dV
p = EJ (E、J方向一致,焦耳-楞次定律的微分形式 P=UI)
工程电磁场
电信教研室 苑东 伟
第三章 静态电磁场II:恒定电流的电场和磁场
3.1 恒定电场的基本方程与场的特性
1.恒定电场的基本方程-无散无旋场
在恒定电流场中,我们将讨论Jc和E,而不再是D和E。
电流场中的任意闭合面内不可能有自由电荷增减的变化,
即
q 0 t
。对于导电媒质中的恒定电流场,由任意闭合面净流
E2
E2n
图 输电线电场示意图
(4)两种有损电介质分界面上的边界条件(高压大容量设 备:电缆、电容器):
介质内有漏电流存在(如:被击穿),介质既有电容特性,
又有电导特性。
J2
J1n 1E1n J 2n 2 E2n
D2n D1n 2 E2n 1E1n 2, 2 P
1 J1
1
tg 2 2
图 由良导体(1)到不良导体(2)的电流流向
只要1 90,就有2 0。这表明,当电流由良导体侧流 向不良导体侧时,电流线总是垂直于不良导体(20)。
2
0 J2t
0 E2t
J 2t
2
0,E1t
E2t
0, J1t
1E1t
(3)导体与理想介质分界面上的边界条件:
2
0
Jc2n
J c 2t
0
J c1n
Jc2n
0
E1n
0,E2n
Jc2n
2
0,
1 0,E2n E1t E2t 0, Jc1t 1E1t 0
1
+
+
+
+
Jc1
+
+
E2t
+
2
+
U
E2n
E2
E2t
Jc1
出的电流应为零;或者说,传导电流连续。 (在无源区)
Jc dS 0
S
E dl 0
l
JcdV 0
Jc 0
V
E 0 Jc E
导电媒质中(电源区域外)恒定电场具有无散无旋场。
引入标量电位函数 (r)作为辅助场量 E = -
拉普拉斯方程
J2
2 1d
1 2
1 2 2d1
U
0
3.2 恒定电场与静电场的比拟.接地系统
1.静电比拟
将均匀导电媒质中的恒定电场与无源区中均匀介质内的静 电场相比较