工程电磁场导论第八章.ppt
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工程电磁场导论课件
距离远等优点。
电磁场在医疗领域的应用
要点一
总结词
电磁场在医疗领域的应用包括核磁共振成像、微波治疗、 电磁波透视等，为疾病诊断和治疗提供了重要手段。
要点二
详细描述
核磁共振成像是一种无创的影像学检查方法，利用强磁场 和射频脉冲使人体组织中的氢原子发生共振，从而产生人 体结构的图像。微波治疗则利用特定频率的电磁波对病变 组织进行加热，达到治疗肿瘤、炎症等疾病的目的。电磁 波透视则用于观察人体内部器官的形态和功能。
时变电磁场
04
麦克斯韦方程组
麦克斯韦方程组是描述时变电磁场的理论基础， 包括描述电场和磁场变化的微分方程。
麦克斯韦方程组还包括安培环路定律、法拉第电 磁感应定律和洛伦兹力定律等基本物理规律。
这些方程组揭示了电磁场之间的相互依赖关系， 以及它们随时间变化的规律。
波动方程与电磁波速
01
时变电磁场中的波动方程描述了电场和磁场随时间和空间的变 化规律。
电场中的电位差与电动势
电位差
两点之间的电位之差，等于两点之间的电压。
电动势
电源内部非静电力克服静电力做功将其他形式的能转化为电能的本领，其方向由电源负极指向正极。
恒定磁场
03
磁感应强度与磁场强度
磁感应强度
描述磁场强弱和方向的物理量，用B 表示，单位是特斯拉（T）。
磁场强度
描述电流产生磁场能力的物理量，用 H表示，单位是安培/米（A/m）。
静电场
02
电场强度与电位
电场强度
描述电场力的矢量，其方向与电场中 某点的电场方向相同，大小等于单位 正电荷在该点所受的电场力。
电位
描述电场中某点的能量状态，其大小 与电场强度和位置有关，其定义式为 $V = int_{0}^{r}Edl$。
电磁场在医疗领域的应用
要点一
总结词
电磁场在医疗领域的应用包括核磁共振成像、微波治疗、 电磁波透视等，为疾病诊断和治疗提供了重要手段。
要点二
详细描述
核磁共振成像是一种无创的影像学检查方法，利用强磁场 和射频脉冲使人体组织中的氢原子发生共振，从而产生人 体结构的图像。微波治疗则利用特定频率的电磁波对病变 组织进行加热，达到治疗肿瘤、炎症等疾病的目的。电磁 波透视则用于观察人体内部器官的形态和功能。
时变电磁场
04
麦克斯韦方程组
麦克斯韦方程组是描述时变电磁场的理论基础， 包括描述电场和磁场变化的微分方程。
麦克斯韦方程组还包括安培环路定律、法拉第电 磁感应定律和洛伦兹力定律等基本物理规律。
这些方程组揭示了电磁场之间的相互依赖关系， 以及它们随时间变化的规律。
波动方程与电磁波速
01
时变电磁场中的波动方程描述了电场和磁场随时间和空间的变 化规律。
电场中的电位差与电动势
电位差
两点之间的电位之差，等于两点之间的电压。
电动势
电源内部非静电力克服静电力做功将其他形式的能转化为电能的本领，其方向由电源负极指向正极。
恒定磁场
03
磁感应强度与磁场强度
磁感应强度
描述磁场强弱和方向的物理量，用B 表示，单位是特斯拉（T）。
磁场强度
描述电流产生磁场能力的物理量，用 H表示，单位是安培/米（A/m）。
静电场
02
电场强度与电位
电场强度
描述电场力的矢量，其方向与电场中 某点的电场方向相同，大小等于单位 正电荷在该点所受的电场力。
电位
描述电场中某点的能量状态，其大小 与电场强度和位置有关，其定义式为 $V = int_{0}^{r}Edl$。
电磁场与电磁波(西电)第8章
ax
e
jωt
显然这不是传输波，而是沿z轴以指数规律衰减的，称其为
(3) γ=0。这是介于传输与截止之间的一种状态，称其为临 界状态， 它是决定电磁波能否在导波系统中传输的分水岭。这 时由
k
2 c
2 所决定的频率(fc)和波长(λc)分别称为截止频率和截止 =k
波长，并且
2π , λc = = fc = f c kc 2π ε kc
第八章 导行电磁波 式中：
I ( z ) = ∫ jωεU ( z )dz
t2 jωε dU ( z ) 2 = k I ( z ) dz
上式左边仅是横向坐标(u1, u2)的函数，右边仅是纵向坐标z的函 数，要使等式成立，两边必须等于同一常数-k2c，即
2 t2 + c = 0
γ2 dU ( z ) = I ( z ) = jZTM βI ( z ) dz jωε
= jωεE z
H t t × H z + ez × = jωεEt z t × Et = jωεH z Et t × E z + ez × = jωH t z 2 2 k + 2 Et = t E z + jωez × t H z z z
2 2 k + 2 H t = t H z + jωεez × t E z z z
γ 1 E z jω 1 H z Eu1 = 2 2 kc h1 u1 kc h2 u2 γ 1 E z jω 1 H z E u2 = 2 + 2 kc h2 u2 kc h1 u1 γ 1 H z jω 1 E z H u1 = 2 + 2 kc h1 u1 kc h2 u2 γ 1 H z jωε 1 E z E u2 = 2 2 kc h2 u2 kc h1 u1
工程电磁场导论
工程电磁场导论
《工程电磁场导论》是由冯慈璋、马西奎主编，高等教育出版社于2000年出版的面向21世纪课程教材。
该书适用于电气工程与自动化类学科各专业，也可作为选修课教材或供社会读者参考。
全书共八章，是西安交通大学电工原理教研室在多年教学研究和实践的基础上编写而成，为高等学校工科电类专业本科生学习电磁场理论课程而编写的教学用书。
这是一本讲述电磁场基础的优秀教材、自首次出版以来，在电磁场科学领域内始终是最畅销书之一。
书中列举了大量的实例与分析，使学生能够掌握难于理解的概念。
另外，众多的例题与思考题也使本书便于自学。
本版有John A.Buck加入著书，这位作者强化了动态内容，扩展了本书的介绍领域，以适应通信、光学等学科。
本书增加的新内容包括:修订并扩充了平面波内容;关于传输线瞬态过程的一章;关于波导的基本概念及应用。
是面向工程的电磁场内容体系，内容主要是库仑定律、电荷守恒定律、安培定律、法拉第定律和麦克斯韦位移电流假设、静电场、恒定电场、恒定磁场和时变电磁场的基本方程及其边值问题、镜像法的基本原理、基于加权余量的工程中常用的有限元法和边界元法、电磁场的能量和
力、平面电磁波和电路参数计算原理、电气工程中典型的电磁场问题(包括变压器的磁场、电机的磁场、绝缘子的电场、三相输电线路的工频电磁环境以及三相输电线路的电容和电感参数)。
微波工程导论第八章
• 按半功率电平点夹角定义的波束宽度，称 为半功率波束宽度 (或-3dB波束宽度)。按主 瓣两侧第一个零点夹角定义的波束宽度， 称为第一零点波束宽度。这两种波束宽度 都是重要的方向性图参量。 • 将场分量除以其最大值，得到无量纲的归 一化(或相对的)场方向性图，其中最大值为 1。因此，电场的归一化场方向性图应为
8 .2天线辐射理论
• 无线电天线可被定义为一种附有导行波与 自由空间波互相转换区域的结构。天线将 电子转变为光子，或反之。 • 不论其具体型式如何，天线都基于由加(或 减)速电荷产生辐射的共同机理。方程可简 述为 ，其中I为时变电流(A/s），L为 电流元的长度(m)，Q为电荷(C)，a为速度的 时间变化率(m/s2)。 • 辐射的主要方向垂直于加速度，辐射功率 正比于 的平方。
Idl 2 sin 2 1 1 ˆ r ( ) ( ) ˆ S Re[ E H ] Re[ E H ] r 2 2 r 2 2
• 远区场有如下性质： • (a) 远区电磁场的运动方向为r方向，在r= 常数的球面上各点的电磁场相位都相同， 等相位面为球面，这样的电磁波称为球面 波。同时电场、磁场和平均功率流密度三 者方向为右旋系统，且r方向上无电磁场分 量，所以又称为横电磁波或TEM波。 • (b) 球面波在真空中的速度 ， 也就是等于光波的传播速度。
8.2.2 对偶原理与磁流元的辐射 • 虽然并没有真实的磁流存在，但引入磁流的 概念，可使一些问题的分析变得可能或大为 简化，例如对面天线及微带天线的分析。 • （1）对偶原理 • 麦克斯韦的第一、二方程式为 • 如果在上面第二方程式中引入磁流体密度 ， 可使上面两个式子变成对称的形式，即 • 如从第一式求出电流源问题的解，则由其对 偶性，就可得出相应的磁流源问题的解，反 之亦然。
精品课件-电磁场与电磁波-第8章
第8章 导行电磁波 图8-2 电磁波沿波导传播示意图
第8章 导行电磁波
在波导中当电磁波以光速c由A点传至В时，波的相位面以 相速vp由AA′面移至BB′面，即等相位面沿波导移动了距离 AB′。由直角ΔABB′知
c
c
vp cos0 sin 0
(8-44)
式中θ0是电磁波传播方向与波导轴(z轴)之间的夹角，α0是电
由矢量运算式
E H
ET Ezez HT Hzez
ez
E
ez
T
ez
z
ET
ez Ez
ez
T
ET
T
Ez
ez
ez
ET z
(8-2) (8-3)
第8章 导行电磁波 式中已考虑到场沿纵向有指数形式解，γ为传播常数，对无耗 媒质γ=jβ，故在这里，
z
将式(8-3)应用于麦克斯韦方程组，得
由第6章可得场和矢量势之间的关系为
E H
A
j 0
1 A
j
A
(8-20)
第8章 导行电磁波 1. 电波 对于电波，设赫兹电矢量
e
A
j
(8-21)
将其带入式(8-20)，可得
H j e
E
e
k 2e
(8-2e
jJ
(8-23)
即赫兹电矢量满足达朗贝尔方程。在无源空间，赫兹电矢量同
式中,
ET
kc2
T Ez
kc2 k 2 2
(8-7) (8-8)
式(8-5)和式(8-7)是在任何坐标系中电磁波的横向场分量与
纵向场分量间的普遍关系式。在直角坐标系中可表示为
Hx
j kc2
Ez y
工程电磁场 ppt课件
D •dS q
S
E •dl 0
l
DE
•D
E =0
亥姆霍兹定理—无界空间矢量场 唯一的由其散度和旋度所确定
静电场是有散(有源)、无旋场
2.真空中的高斯定理.静电场的有散性
dV
E•dS V q
S
0 0
•E 0
▽• E > 0， > 0
▽• E < 0， < 0
▽• E = 0， = 0
多个点电荷产生的电场强度由叠加定理得到
Er
1
40
n k1
qk Rk2
eRk
电位和电场强度的求解思路
思路1：先求电位j，再利用下式求解电场强度E
E rj r
思路2：先求电场强度E，再利用下式求电位j
j p r E • dl
p
对于场结构（场源与场空间媒质结构）具有对称性 （球对称、柱对称或面对称）的静电场问题，可以利 用高斯定理求解电场强度。
元电荷 d q=d V '= d S '= d l'
点电荷 线电荷 面电荷 体电荷
jr 1 n qk
40 k1 Rk
jr 1
40
rd'l
R l'
jr 1
40
rdS'
R S'
jr410V RrdV
例2－5 设真空中电荷在半径为a的圆盘形平面域中
均匀分布，其电荷面密度分布函数为。试求：
1 与该均匀带电圆盘形平面相垂直的轴线上的电位分布；
导体内部E = 0，是一个等位体，导体表面必与其外侧的电 力线正交，电荷以面电荷密度的形式分布在导体表面，且其 分布密度取决于导体表面的曲率。
工程电磁场ppt
两线传输线
μ0 I l D − R ψ = ∫ A ⋅ d l = A1 l − A 2 l = ln = L0 I l R π
μ 0l D − R ln L0 = = I π R ψ
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第 二 章
恒定电场
例 解
试求图示两对传输线的互感。 设传输线 AB 带电，求穿过 CD 回路的磁链
μ0 I 导线 A 作用 B = 2πρ
总自感
L = L0 + Li1 + Li 2
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第 二 章
恒定电场
例
试求半径为R的两平行传输线自感。
μ0l , 总自感 L = 2Li + L0 解 内自感 Li = 8π 解法一 B = Iμ0 + Iμ0 2πx 2π ( D − x)
μ0 I ψ= 2π
∫R
D− R ⎛ 1
1 ⎞ ⎜ ⎜ x + ( D − x) ⎟ ⎟ldx ⎝ ⎠
τ ρ2 ln U = ∫ dρ = 2ε π ρ1 ρ 2 π ερ
ρ2
1
τ
τ
L e′ C ′ = με
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第 二 章
恒定电场
1.9 静电能量与力
Electrostatic Energy and Force
1. 静电能量 (Electrostatic Energy) 电磁场是一种特殊形式的物质，能量是物质的 属性之一。电场能量是在建立电场过程中从与各导 体相连接的电源中取得的，因此电场储能是外力做 功形成的。 ① 用场源表示静电能量 讨论前提
L=
ψ
I
H（亨利）
i (t)
L = 内自感 Li + 外自感 L0
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