工程电磁场导论课件详解
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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 $V = int_{0}^{r}Edl$。
《工程电磁场第一章》PPT课件
4 π0V ' R
4 π0S' R
令 p P 极化电荷体密度
p Pen 极化电荷面密度
(r)1 4 π0V '
p (r')d V '1
R
4 π0S '
p R (r')d S '30
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思考 根据电荷守恒定律，极化电荷的总和为零
V ' P d V 'S 'P e n d S ' 0
i定ty义)：电场强度 E 等于单位正电荷所受的电场力F
lim E(x,y,z) F(x,y,z) V/m ( N/C )
qt 0
qt
（a） 单个点电荷产生的电场强度
Fq
Ep(R)qt 4π0R2eR V/m
一般表达式为
图1.1.2 点电荷的电 场
Ep(r)4π0qrr'2
rr' rr'
4π0
q rr'
S 面上的 E 是由
系统中全部电荷产
生的。
24
图1.2.2 闭合面外的电荷对场的影响
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1.2.2. 电介质中的高斯定律 (Gauss’s Theorem in Dielectri 1. 静电场中导体的性质
导体内电场强度 E 为零，静电平衡；
导体是等位体，导体表面为等位面； 电场强度垂直于导体表面，电荷分布在导体表面，
当 L L 1 L 2 时 ,
E (,
0
,z)E e E zez
2π 0
e
无限长直导线产生的电场
Ε
2π0
e
平行平面场。
9
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工程电磁场导论课件
自证(作业)
1.4 矢量场的通量 散度
1.4.1 矢量场的矢量线 形象地描述矢量场在空间的分布
矢量线的概念:矢量线是场空间中的
有向曲线, 有向曲线,矢量线上任一点的切线方向 都与该点的场矢量方向相同,如图所示. 都与该点的场矢量方向相同,如图所示
F (r )
M
dr r + dr o
矢量线
r
特点:矢量场中的每一点都有矢量线通过, 特点:矢量场中的每一点都有矢量线通过,矢量线充满矢 量场所在的空间. 量场所在的空间.
r ,θ , φ
er × eθ = eφ eθ × eφ = er eφ × er = eθ
球面坐标系
er , eθ , eφ
r = er r
dl = er dr + eθ rdθ + eφ rsinθ dφ
dSr = er dlθ dlφ = er r 2sinθ dθ dφ
dSθ = eθ dlr dlφ = ez rsinθ drdφ
等值面
u=c 1 u=c 2 u=c 3
常数C取一系列不同的值 就得到一系列不同的等值面, 取一系列不同的值, ① 常数 取一系列不同的值,就得到一系列不同的等值面, 形成等值面族; 形成等值面族; ② 若 M 0 ( x0 , y0 , z 0 ) 是标量场中的任一点,显然,曲面 是标量场中的任一点,显然, 是通过该点的等值面, u ( x, y, z ) = u ( x0 , y 0 , z 0 ) 是通过该点的等值面,因此标量场的 等值面充满场所在的整个空间; 等值面充满场所在的整个空间;
dl
cos β =
dy dl
cos γ =
dz dl
是L 方向的方向余弦. 方向导数的特点: 方向导数的特点
1.4 矢量场的通量 散度
1.4.1 矢量场的矢量线 形象地描述矢量场在空间的分布
矢量线的概念:矢量线是场空间中的
有向曲线, 有向曲线,矢量线上任一点的切线方向 都与该点的场矢量方向相同,如图所示. 都与该点的场矢量方向相同,如图所示
F (r )
M
dr r + dr o
矢量线
r
特点:矢量场中的每一点都有矢量线通过, 特点:矢量场中的每一点都有矢量线通过,矢量线充满矢 量场所在的空间. 量场所在的空间.
r ,θ , φ
er × eθ = eφ eθ × eφ = er eφ × er = eθ
球面坐标系
er , eθ , eφ
r = er r
dl = er dr + eθ rdθ + eφ rsinθ dφ
dSr = er dlθ dlφ = er r 2sinθ dθ dφ
dSθ = eθ dlr dlφ = ez rsinθ drdφ
等值面
u=c 1 u=c 2 u=c 3
常数C取一系列不同的值 就得到一系列不同的等值面, 取一系列不同的值, ① 常数 取一系列不同的值,就得到一系列不同的等值面, 形成等值面族; 形成等值面族; ② 若 M 0 ( x0 , y0 , z 0 ) 是标量场中的任一点,显然,曲面 是标量场中的任一点,显然, 是通过该点的等值面, u ( x, y, z ) = u ( x0 , y 0 , z 0 ) 是通过该点的等值面,因此标量场的 等值面充满场所在的整个空间; 等值面充满场所在的整个空间;
dl
cos β =
dy dl
cos γ =
dz dl
是L 方向的方向余弦. 方向导数的特点: 方向导数的特点
《工程电磁场》课件
《工程电磁场》ppt课件
目录
contents
绪论电磁场的基本理论工程电磁场的数值分析方法工程电磁场的实验研究工程电磁场的应用案例
01
绪论
总结词
工程电磁场的定义、重要性及与其他学科的关系
详细描述
工程电磁场是一门研究电磁场理论及其应用的学科，它在现代工程技术和科学领域中具有非常重要的地位。工程电磁场与物理学、数学、电子学、通信工程等多个学科有着密切的联系，是这些学科的重要基础之一。
详细描述
矩量法是一种用于分析电磁场中电流分布的数值分析方法。它将连续的电流分布离散化为有限个矩量，每个矩量可以用简单的函数来表示。然后通过求解这些矩量的线性方程组，得到原电流分布的近似解。矩量法在电磁场数值分析中具有广泛的应用，尤其适用于分析复杂结构的电磁散射和辐射问题。
04
工程电磁场的实验研究
在电力工业中，电磁场被广泛应用于发电、输电、配电和电机控制等领域。发电机和变压器利用电磁场将机械能转换为电能，输电线路利用电磁场传输电能，电动机利用电磁场将电能转换为机械能。
提高电力系统的稳定性和效率
通过研究和应用电磁场理论，电力工程师可以优化电力系统的设计和运行，提高电力传输的稳定性和效率，减少能源损失，降低环境污染。
详细描述
有限元法是一种广泛应用于工程电磁场数值分析的方法。它将复杂的电磁场问题分解为多个简单的子问题，通过离散化处理，将连续的求解域转化为有限个小的互连子域，每个子域可以用简单的近似函数来表示。然后通过求解这些子域的方程组，得到原问题的近似解。
一种将连续的求解域离散化为有限个离散点，并利用差分近似表示原偏微分方程的方法。
总结词
详细描述
总结词
详细描述
总结词
详细描述
目录
contents
绪论电磁场的基本理论工程电磁场的数值分析方法工程电磁场的实验研究工程电磁场的应用案例
01
绪论
总结词
工程电磁场的定义、重要性及与其他学科的关系
详细描述
工程电磁场是一门研究电磁场理论及其应用的学科，它在现代工程技术和科学领域中具有非常重要的地位。工程电磁场与物理学、数学、电子学、通信工程等多个学科有着密切的联系，是这些学科的重要基础之一。
详细描述
矩量法是一种用于分析电磁场中电流分布的数值分析方法。它将连续的电流分布离散化为有限个矩量，每个矩量可以用简单的函数来表示。然后通过求解这些矩量的线性方程组，得到原电流分布的近似解。矩量法在电磁场数值分析中具有广泛的应用，尤其适用于分析复杂结构的电磁散射和辐射问题。
04
工程电磁场的实验研究
在电力工业中，电磁场被广泛应用于发电、输电、配电和电机控制等领域。发电机和变压器利用电磁场将机械能转换为电能，输电线路利用电磁场传输电能，电动机利用电磁场将电能转换为机械能。
提高电力系统的稳定性和效率
通过研究和应用电磁场理论，电力工程师可以优化电力系统的设计和运行，提高电力传输的稳定性和效率，减少能源损失，降低环境污染。
详细描述
有限元法是一种广泛应用于工程电磁场数值分析的方法。它将复杂的电磁场问题分解为多个简单的子问题，通过离散化处理，将连续的求解域转化为有限个小的互连子域，每个子域可以用简单的近似函数来表示。然后通过求解这些子域的方程组，得到原问题的近似解。
一种将连续的求解域离散化为有限个离散点，并利用差分近似表示原偏微分方程的方法。
总结词
详细描述
总结词
详细描述
总结词
详细描述
工程电磁场导论第三章-PPT精品
图3.2.17 中三条环路上的 H 相等吗？环量相等吗？
有磁介质存在时，重答上问。
图3.2.16 H 与I 成右螺旋关系
图3.2.17 H 的分布与磁介质有关
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5. B 与 H 的关系 实验证明，在各向同性的线性磁介质中
B0(HM ) 0H(1m)0rHH
m — 磁化率。 r—相对磁导率。
B
02Kex
y0
0K 2
e
x
y0
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3.2 安培环路定律
Ampere’s Circuital Law
3.2.1 磁通连续性原理 ( Magnetic Flux Continue Theorem ) 1. 恒定磁场的散度
B (x,y,z)4 π 0V J(x,y R ,2 z)eR d V
sin
4π(R2 x2)
BBxex
4π(R 20Ix2)sinldlex
图3.1.4 圆形载流回路轴线上的 磁场分布
4π(R 2 0Ix2)
R
R2x22πRex
0IR2
2(R2 x2)3/2
ex
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例 3.1.3 无限大导体平面通有面电流 K K ez , 试求磁感应强度 B 分布。
恒定磁场和静电场是性质完全不同的两种场， 但在分析方法上却有许多共同之处。学习本章时， 注意类比法的应用。
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本章要求 深刻理解磁感应强度、磁通、磁化、磁场强度 的概念。 掌握恒定磁场的基本方程和分界面衔接条件。 了解磁位及其边值问题。
熟练掌握磁场、电感、能量与力的各种计算方 法。了解磁路及其计算方法。
B0
4π
工程电磁场导论第五章ppt课件
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
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A 如速度、电磁场等.
场： 物理量在时空中的确定分布. 标量场：物理量是一个标量，则所确定的场称为标 量场，用标量函数表示为 u ( x, y, z, t ) 如物体的温度分布T(r,t)、电位分布(r,t)等
矢量场：物理量是一个矢量，则所确定的场称为矢 量场，用矢量函数表示 F ( x, y, z, t ) 既具有大小又具有方向的场。如电场
E (r , t )
静态场：物理量不随时间变化，则所确定的场 称为静态场。
动态场（或时变场）：物理量随时间变化，则所 确定的场称为动态场。 1.1.1 矢量的表示形式:一个矢量可以用一条有方向的线 段来表示,线段的长度表示矢量的模,箭头指向表 示矢量的方向. A A eA AeA A
y y y0（平面）
x x0 （平面）
直角坐标系
面元矢量
z
dz
dS z ez dxdy
dS y ey dxdz
o
x
dx d y dSx exdydz
y
体积元
dV dxdydz
直角坐标系的长度元、面积元、体积元
直角坐标系中
A矢量：
B矢量：
A ex Ax ey Ay ez Az B ex Bx ey By ez Bz
A B ex ( Ax Bx ) ey ( Ay By ) ez ( Az Bz )
AB Ax Bx Ay By Az Bz
A B ex ( Ay Bz Az By ) ey ( Az Bx Ax Bz ) ez ( Ax By Ay Bx ) Ax Ay Az
面元矢量
dS e dl dlz e d dz（1） dS e dl dlz e d dz （2） dS z ez dl dl ez d d
正交曲线坐标系；三条正交曲线称为坐标轴；描述坐标轴的量称
为坐标变量。 在电磁场与波理论中，三种常用的正交曲线坐标系为：直角 坐标系、圆柱坐标系和球面坐标系。
1、直角坐标系
z
x, y, z 坐标单位矢量 ex , ey , ez
坐标变量
位置矢量 线元矢量
ex e y ez e y ez ex ez ex e y
x
z z0 （平面 ）
ez
ex
o
P
ey
点 P(x0,y0,z0)
r ex x ey y ez z
dl ex dx ey dy ez dz dS y ey dlx dlz ey dxdz
dS z ez dlx dl y ez dxdy dS x ex dl y dlz ex dydz
(结合律)
A B A ( B)
1.1.3矢量的运算 （点积、叉积）
①标量与矢量乘积 k A
②矢量与矢量乘积
k A k A eA
模 kA
点积（标积） 叉积（矢积）
A B A B cos (0 ) （标量） 点积： A B sin 大小 叉积： A B 方向：垂直与包含 和 的面（矢量） 右手法则 A B
（圆柱坐标系及 球坐标系下相应知识）类似
ex ey ey
Bx By Bz
2、圆柱面坐标系
, , z
坐标变量
坐标单位矢量 e , e , ez r e ez z 位置矢量 线元矢量 dl e d e d ez dz
第一章 矢量分析
知识脉络:
场
标量场 等值面 方向导数 梯度
矢量线
矢量场 通量 散度
亥姆霍兹定理
环流 旋度
斯托克斯定理
散度定理
A
§1.1 标量场与矢量场
标量: 数学上：—实数域内任一代数量a(-,+) 物理上：代数量+物理意义；或者说一个只用大小 描述的物理量。如电压，电荷，质量，能量等 矢量: 数学上：一般的三维空间中既有大小又有方向的量 物理上：矢量+物理意义；或者说一个既有大小又 有方向的物理量。常用黑斜体字母或带箭头的字母如A或
矢量三重积
A B B A
A ( B C ) B( A C ) C ( AB)
1.2 三种常用的正交曲线坐标系
三维空间任意一点的位置可通过三条相互正交曲线的交点来 确定。 三条正交曲线组成的确定三维空间任意点位置的体系，称为
P 矢量的模：表示矢量的大小 A A矢量的方向；
e
A A A
1.1.2矢量的运算 （加法/减法） 矢量加/减法遵循平行四边形法则A
(交换律)
A B C A B C
﹛
矢量点积服从：
AB BA
（交换律） （分配律） （不服从交换律）
A( B C ) AB A C
矢量叉积服从：
A ( B C ) A B A C （分配律） 标量三重积 A( B C ) B(C A) C ( A B)