第六节能量和能流.ppt

* 第六节 电磁场的能量和能流 单位时间从 流入的电磁能量 =电磁能量增加率+带电粒子能量增加率 利用高斯公式，变成微分式： 由麦氏方程 利用 得到 与电荷守恒定律比较： 讨论 1）真空情况 2）介质情况（均匀，线性）： 引入介质后，能量包括三部分： 场能 极化能 磁化能 场能 极化能 磁化能 3）一般情况： 三、电磁能量的传输： 以导线、电源、用电器回路为例说明。 问题： 1 电键合上后，负载是靠电流传输能量的 2 认为电荷排着队传递能量。 回答： 1 电磁能量究竟是怎样传输的？ 2 导线在电磁能量传输中的作用？ 讨论方法——选取导线中的一小段，放大 1）电容性带电——电源接通后，在导线皮上存在的电荷稳定分布。 2）导线附近的场： 由安培环路定理 电场有两部分 其中 其中沿 能流不能进入负载，为热损耗。 沿 的能量进入负载，成为传输能量。 讨论： 1）良导体 ，损耗 ，传输能量 2）用电器电阻很大 ，因为 ，传输能量 ，损耗为： 高为 的柱体内消耗的能量 结论：电磁能量在稳恒电路中依靠电磁场传输，传输方向从电源沿导线正、负极指向负载。 导线的作用： 导线并不传输能量，只起使传输能量定向的作用。 1）荷载电容性电荷——产生 分布。 2）荷载电流——产生 分布。 能量在场中传播，容易理解 对恒流或低频交流电，仅解电路方程，并没有专门讨论电磁能量。如何理解低频时电磁能量的传播。先看电子运动的动能： 电子的动能很小，电子运动的能量不是供给负载上消耗的能量 导线内的电流密度为 J＝106A/m2 V=6×10－5m/s 导线上的电流与周围空间的电磁场相互制约，使电磁能量在导线附近的电磁场沿一定方向传输，使部分能量进入导体变成焦耳热损耗，并在负载电阻上电磁能量从场中流入电阻内，供给其所消耗的能量 * 例题：同轴传输线内导线的半径为a，外导线半径为b，两导线间为均匀绝缘介质。内导线上的电流为I，两导线间的电压为U。1、忽略导线电阻，求介质中的能流S和传输功率；2、若内导线有限电导率，求内导线表面进入导线内的能流，证明其为导线的损耗功率。 在内导体和外导线之间，取一圆周arb，由安培环路定律以及对称性得到 导线表面一般带有电荷，设单位长度的电荷线密度为? 。应用高斯定律，以及对称性得 能流密度，ez表示沿导线轴向的单位矢量 * 两导线间的电压 （求? ） 将S在两个导线组成的圆环状截面积分得到传输功率 与电路问题的传输功率表达式一致 设内导线的电导率为σ，由欧姆定律，在导线内部有 由于电场的切向分量是连续的，在内导线表面附近的介质内，电场除径向分量Er 外还有切向分量Ez 故能流除沿Z轴传输分量Sz外，还有沿径向进入导线内的分量-Sr * 流进长度为Δl的导线内部的功率为 其中R 即为导线的内阻，I2R正是该段导线内的损耗功率