工程电磁场第八版课后答案第01章

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工程电磁场原理倪光正第一章

工程电磁场原理倪光正第一章

工程电磁场数值分析方法简
05

有限差分法
差分原理
将电磁场连续域问题离散 化,用差分方程近似代替 微分方程。
求解方法
采用迭代法或直接法求解 差分方程,得到电磁场数 值解。
差分格式
构造差分格式,将微分方 程转化为差分方程。
有限元法
有限元原理
将连续域划分为有限个单元,每个单元内用 插值函数表示未知量。
有限元方程
根据变分原理或加权余量法建立有限元方程。
求解方法
采用迭代法或直接法求解有限元方程,得到 电磁场数值解。
边界元法
边界元原理
将微分方程边值问题转化为边界积分方程问题。
边界元方程
根据格林公式和边界条件建立边界元方程。
求解方法
采用迭代法或直接法求解边界元方程,得到电磁场数值解。
各种数值分析方法的比较与选用
工程电磁场原理倪光 正第一章
目录
• 绪论 • 静电场的基本概念和性质 • 恒定电场的基本概念和性质 • 时变电磁场的基本概念和性质 • 工程电磁场数值分析方法简介
01
绪论
电磁场理论的重要性
01 电磁场是物质存在的基本形式之一
电磁场与物质相互作用,是物质存在的基本形式 之一,对于理解物质的本质和相互作用机制具有 重要意义。
研究任务
工程电磁场的研究任务包括揭示电磁场的本质和 规律,探索新的电磁现象和应用,以及解决工程 实际中的电磁问题。
电磁场理论的发展历史
01
静电学和静磁学阶段
早期人们主要研究静电和静磁现象,建立了库仑定律和安培定律等基本
定律。
02 03
电磁感应和电磁波阶段
19世纪初,法拉第发现了电磁感应现象,揭示了电与磁之间的联系。随 后,麦克斯韦建立了完整的电磁波理论,预言了电磁波的存在,并阐明 了光是一种电磁波。

工程电磁场第八版课后答案

工程电磁场第八版课后答案
c) |M||2N|(M + N): |( 10, 4, 8)||(16, 14, 4)|( 2, 11, 10) = (13.4)(21.6)( 2, 11, 10) = ( 580.5, 3193, 2902)
1.2. Vector A extends from the origin to (1,2,3) and vector B from the origin to (2,3,-2). a) Find the unit vector in the direction of (A B): First
A B = (ax + 2ay + 3az) wphose magnitude is |A B| = [( ax 3 3 = 5.20. The unit vector is therefore
(2ax + 3ay 2az) = ( ax ay + 5az)
ay + 5az) · ( ax
ay + 5az)]1/2
CHAPTER 1
1.1. Given the vectors M = 10ax + 4ay 8az and N = 8ax + 7ay 2az, find: a) a unit vector in the direction of M + 2N.
M + 2N = 10ax Thus
4ay + 8az + 16ax + 14ay 4az = (26, 10, 4)
=
(1.5ax
+ 2.5ay
+
0.5az )/2.96
1.3. The vector from the origin to the point A is given as (6, 2, 4), and the unit vector directed from

工程电磁场课后答案1(完整)

工程电磁场课后答案1(完整)

0.29K
7401
VOH 74LS00
2.9.1 驱动: 负载: 拉电流: 灌电流: 扇出:
2.9.2 VOH > VIH VOL < VIL IOH > IIH IOL > IIL
第三章 组合逻辑电路分析与设计
3.1.2证明(C)A ABC ACD C D E
A ACD (C D )E
(b) _______ ________ _______ ________
A B C D C D A D
( A B)(C D) (C D)( A D)
(C D)( A B D)
AC AD BC BD CD D
AC BC D
3.2.1展开最小项(a) L A(B C) A BC A(B B)(C C) ( A A)BC
mi
3.2.2 (a)
______________________
___________________
AC ABC BC ABC AC BC BC ABC
灌电流多余: (8-4.8)/0.4=8
N=min(8,17)=8
2.4.5
__________________ ____ ____
L AB BC D E
AB BC D E
2.4.6 RP计算 (1)拉电流时
VCC R IP IH 74LS 00 VOH 7401
D=0 选中低位片1;D=1 选中高位片2
01234
56789
1
0
1
A B C D
0
2
0
4.2.9 7位数字译码显示电路

工程电磁场习题解答1

工程电磁场习题解答1

工程电磁场习题解答(1)1. 真空中两个点电荷q 和-pq (0<p<1),求两电荷连线上,电场强度为零的点电荷间的距离。

解:因为0<q<1,A 离-qp 近,离q 远,则二者即产生的 E 会抵消,而B 点不行,这是因为离q 近离-pq 远,即产生的E 一大一小无法抵消。

令x 如图,则两点电荷在A 点产生的场强分别为:q 点:r x d q E 201)(4+=πε, -pq 点:r x pqE 2024πε-= 令021=+=E E E A ,有04)(42020=-++xpqx d q πεπε 解此方程,可得:d pp x -=1(只能取正值)。

2. 两同号的点电荷q1=q, q2=3q, 在真空中相距d ,问在两点电荷的连线上,在哪一点上,它们各自产生的电场强度大小、方向均相同。

解:因为q1<q2, 分析知,只可能是A 点,令x 如图示,由点电荷电场的计算公式:r r q E 204πε=据题意有:2020)(434x d qx q +=πεπε 求解方程可得,x=1.37d.电场强度E 的环路定理与电位函数3. 长直电缆的缆芯与金属外皮为同轴圆柱面。

长度L 远大于截面尺寸,若缆芯的外半径为R 1,外皮的内半径为R 2,其间绝缘介质的电容率为ε,试确定其中电场强度与电压的关系。

解 作半径为R 的同轴圆柱面,R 1<R <R 2。

设缆芯单位长度上的电荷量为τ,由高斯定理,R2E R 2D πετ=⇒πτ=两柱面间的电压:12R R R R 12R R ln 2R dR 2R d E U 2121πετ=πετ=⋅=⎰⎰ 121212121212R R ln R U R 21R R ln U 2E ,R R ln U 2=πε⋅πε=πε=τ∴4. 圆柱形电容器的柱面之间充满了体密度为ρ的均匀体积电荷,电容率为ε0,内、外柱面的半径分别为R 1和R 2,施加电压U 12。

《电磁场和电磁波》课后习题解答(第一章)

《电磁场和电磁波》课后习题解答(第一章)

第一章习题解答【习题Ll解】【习题L2解】【习题L3解】(1)要使ALR,则须散度A-B=O所以从Z∙5=T+3H8c=0可得:3b+8c=l即只要满足3b÷8c=l就可以使向量二和向量了垂直。

(2)要使4||月,则须旋度AxB=O所以从可得b=-3,c=-8【习题1・4解】A=I2以+9e y+6z,B=CIeX+be y,因为3JLA,所以应有A∙3=0g∣j(12久+9e y+e z^∙^ae x+Z?Gy)=12Q+9/?=0(I)又因为同=1;所以病存=1;(2)一4由⑴,⑵解得Q=±《,"=+W【习题1.5解】由矢量积运算规则4_B=A?C a x a2a3=(%Z-+(a3x-a x z)e y+(01y-a2x)e7xyz =8名+纥5+BZeZ取一线元:dl=e x dx+e y dy+e z dz则有dx_dy_dz则矢量线所满足的微分方程为丁二万一=Hιy xy"z或写成=常数)a2z-a3ya3x-a l za↑y-a2x求解上面三个微分方程:可以直接求解方程,也可以采用以下方法d(qx)="(/丁)二d(%z)a i a2z-a i a3ya2a3x-a l a2za l a3y-a2a i xxdx_ydy_ZdZx(a2z-a3y)y{a3x-a x z)z(a l y-a2x)由(1)(2)式可得d(a2y)=k(a2a3x-aλa2z)ydy=k(a3xy-a}yz)(4)对⑶⑷分别求和所以矢量线方程为【习题L6解】矢量场A=(αxz+x2)eχ+Sy+孙2)0+{z-z1-∖-cxz-2xyz)e z假设A是一个无源场,则应有divΛ=O即:divA=V•4=空L+空L+空■=O∂x∂y∂z因为A=axz+X2∕ξ=by+xy1A z=z-z1+cxz-2xyzx所以有divA=az+2x+b+2xy+l-2z+cχ-2xy=X(2+c)÷z(a-2)+b+l=0 得a=2,b=-1,c=-2【习题1.7解】设矢径r的方向与柱面垂直,并且矢径不到柱面的距离相等(r=a)f∙ds-[rds=a∖ds=a2πah所以,①=S JSJS【习题1.8解】φ=3X2y i A=X2yze v+3xy2e^而rot((∕A)=Vx(以)=×A÷V^×A又=巴?十3?+再等=6xye x+3jc2e y ox-oy∂z所以+9x3y2e v-lSx2y3e v+6x3y2ze z=3X2y2[(9X一X2)e x-9yeγ+4xze z]【习题1.9解】所以&CyCzrotA=VXA=———∂x∂y∂zA x A y A(-1+1)&+(4/Z-4xz)e、+(2y-2y)&=6由于场H的旋度处处等于0,所以矢量场A为无旋场。

《工程电磁场》习题答案

《工程电磁场》习题答案
2

r' R
(
R d
)
2
4 R
d
R
2
8-1 一个空气介质的电容器,若保持板极间电压不变,向电容器的板极间注满介电常数为
4 0 的油,问注油前后电容器中的电场能量密度将如何改变?若保持电荷不变,注油前
后电容器中的电场能量密度又将如何改变? 解:
c E
s
d U d
D E c Q U we 1 1 D E E 2 2

1 br u 0 ih 2
) dr a b ln ac bc )
0
u 0 ih 2 u 0 ih 2
ar br
(ln
a (b c ) b(a c)
u 0 whI cos wt b(a c) a (b c )

d dt
m
2
ln
6-4 如题 6-4 图所示,一半径为 R 的接地体球,过球面上一点 P 作球面的切线 PQ,在 Q 点 放置点电荷 q,求 P 点的电荷面密度, 解:
E
0

2 0 r
2-8 解: E 2 r
E
r
2
0

E
r 2 0

2 0
R r

2 0
d
2-15 解:电场切向连续,电位移矢量法向连续
E 2 x 2 0, E 2 y 1 0, D 2 z 5 0 r 0
JD D t E t
U m
d
w cos wt
2 rH r J D r
2 2
wU
d
m

电磁场1章习题答案

电磁场1章习题答案
因为电流密度分别沿z轴(正、负)方向,所以A只有z方向分量,
故仅有
设同轴线无限长,因为场分布具有轴对称性,故问题可视为与无关,即
所以
下面分4个区域进行求解,4个区域的及积分常数分别用下标1,2,3,4表示。
(2)
(3)
利用边界条件:
进而求得:
可应用恒流磁场的斯托克斯定律--安培环路定律
求磁场强度。设内导体内的电流为I。则内导体电流密度为
根据前面所求的电位和电场强度的表达式,可画出电位和电场强度的图形(到r=1m)
(1-14)
1-14此题与P25例题十分相似,可以先根据电流分布求解矢量磁位的的泊松方程,然后再求其旋度即得磁感应强度,进而计算出磁场强度.设内导体所通过的直流电流为I,外导体通过的直流电流为-I.
解:在圆柱坐标系中,矢量磁位的每个分量都满足泊松方程:
,它表示垂直于Z轴的平面;由该电场的表达式可看出,在该平面上,电场强度的大小处处相等,只是随时间t做正弦变化,即振幅是均匀的。所以该波属于均匀平面波。
由平面电磁波的一般瞬时形式可看出:
方向传播该波沿-z
在自由空间中
波阻抗
根据右手螺旋法则,磁
场H的振动方向为x方向。
其大小的复数形式为:
1-29
解:平面波极化性质判断然后由E沿半径的积分求电位.
分r<a,a<r<b和r>b三个区域进行讨论.
(1):
(2):
(3):
由于电荷分布在有限空间,可选取无穷远处为零电位参考点.于是电位
在球坐标系中
根据前面所计算的三个区域电位的表达式,可分别求出各个区域的电场强度,即
根据电场强度的表达式,可得: r=50cm=0.5m时,P点的电场强度为:

电磁场1章习题答案

电磁场1章习题答案

第一章1-1解: 方法(一):应用高斯定理由于电荷分布具有球对称性,所以容易用高斯定理来直接求解电场.如图所示:应用高斯定理 (1)r<a :(2) a<r<b 同理: , (3) r>b 同理: , 求以上三个 区域内的 。

*因为静电场是无旋场,所以在以上三个区域内 : *应用球坐标系下的矢量旋度公式(P251)求以上三个 区域内的 *应用高斯定理 *应用球坐标系下的矢量散度公式(P251) 代入计算结果也可求出相应区域的1-2解:因两圆柱面间的电荷分布不对称,不能直接用高斯定理求解。

可采用补偿叠加的方法,设小圆柱面内具有体密度为 的两种电荷分布,将不对称电荷分布化为对称电荷分布的叠加。

如下图所示:s VE dS q d Vερ==∑⎰⎰2300443r S E dS E r r εεπρπ=⋅=⋅⎰3r r r r E E a a ρε⇒==03r r D E a ρε== 230044443r S E dS E r a εεπρπ=⋅=⋅⎰32012r r r a E E a a r ρε⇒== 30243r a D E a r ρε== 2300443r S E dS E r a εεπρπ=⋅=⋅⎰3203r r r a E E a a r ρε⇒== 3023r a D E a r ρε== E ∇⨯ 0E ∇⨯= 2sin sin 000r r a a a r r r E r E ϕθθθθϕ∂∂∂∇⨯==∂∂∂D ∇∙()V S V D dV D dS dVρ∇==⎰⎰⎰ D ρ⇒∇=⎧⎪⇒⎨⎪⎩r a <a r b <<r b >D ρ∇=0D ∇=0D ∇=221()r D r D r r∂∇=∂ D∇ ρ±1r 2r1o 2o ρ2o P P r ρ1o P ρ-'r r 'r =+d 在内圆柱面内,即的区域,应用高斯定理'1r r <0sVE dS q dVερ==∑⎰⎰ 1)设内圆柱中的负电荷在P 点产生的电场为2102E r h r hρππε⋅∆=-∆10022rr r E a a ρρεε⇒=-=- 2''202E r h hr ρππε⋅∆=∆1200()22r r E E E a a dρρεε'=+=-= 1E2)设外圆柱中的正电荷在P 点产生的电场为2E'20022r rr E a a ρρεε''⇒== 则P 点的电场为和的叠加,即:E 1E2Ed o o '=------?: 1-8外球壳半径为b=20cm,两球壳之间的正电荷的体密度为 方法一:用高斯定理求解电场强度,然后由E 沿半径的积分求电位. 分 r<a,a<r<b 和r>b 三个区域进行讨论.(1) : (2): (3) : 由于电荷分布在有限空间,可选取无穷远处为零电位参考点.于是电位在球坐标系中 根据前面所计算的三个区域电位的表达式,可分别求出各个区域的电场强度,即根据电场强度的表达式,可得: r=50cm=0.5m 时,P 点的电场强度为: ,可画出电位和电场强度的图形(到r=1m)(1-14)1-14 此题与P25例题十分相似,可以先根据电流分布求解矢量磁位的的泊松方程,然后再求其旋度即得磁感r(m)5(10)V ⨯120)2E E E r ρε=+='rr 'r rd d'r r d-= 4310/c m ρ-=1208.8510/F m ε-=⨯0s VE d S q dVερ==∑⎰⎰p r a ≤2010140r S E d S E r εεπ=⋅=⎰10E ⇒= a r b ≤≤233020244()3r S E d S E r r a εεπρπ=⋅=⋅-⎰3363322220() 3.7710(0.1)3r r r r r a r E E a a a r r ρε-⨯-⇒=== r b ≥233030344()3r S E d S E r b a εεπρπ=⋅=⋅-⎰33433220() 2.64103r r r b a E a a a r r r φρε∂-⨯⇒=-==∂ rE dr φ∞=⎰(1),r a ≤1123a b r a b E dr E dr E drφ∞=++⎰⎰⎰51.710=⨯(2),a r b ≤≤322223031322b r b a E dr E dr b r r ρφε∞⎡⎤=+=--⎢⎥⎣⎦⎰⎰2560.0012.2610 3.7710()2r r =⨯-⨯+(3),r b ≥()334330 2.64103r b a E d r r rρφε∞-⨯===⎰r E a rφφ∂=-∇=-∂(1),r a ≤(2),a r b ≤≤(3),r b ≥110r E a r φ∂=-=∂3363322220() 3.7710(0.1)3r r r r a r E a a a r r r φρε∂-⨯-=-==∂33433220() 2.64103r r rb a E a a a r r rφρε∂-⨯=-==∂ 530.51.0410(/)P r E E V m ===⨯5(10/)V m E⨯应强度,进而计算出磁场强度. 设内导体所通过的直流电流为I,外导体通过的直流电流为-I. 解:在圆柱坐标系中,矢量磁位的每个分量都满足泊松方程:因为电流密度分别沿 z 轴(正、负)方向,所以A 只有z 方向分量,故仅有 设同轴线无限长,因为场分布具有轴对称性,故问题可视为与 无关,即 所以下面分4个区域进行求解,4个区域的 及积分常数分别用下标1,2,3,4表示。

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c) |M||2N|(M + N): |( 10, 4, 8)||(16, 14, 4)|( 2, 11, 10) = (13.4)(21.6)( 2, 11, 10) = ( 580.5, 3193, 2902)
1.2. Vector A extends from the origin to (1,2,3) and vector B from the origin to (2,3,-2). a) Find the unit vector in the direction of (A B): First
=
(1.5ax
+ 2.5ay
+
0.5az )/2.96
1.3. The vector from the origin to the point A is given as (6, 2, 4), and the unit vector directed from
the origin toward point B is (2, 2, 1)/3. If points A and B are ten units apart, find the coordinates
positive or negative. This apparent sign ambiguity is not the real problem, however, as we
really wapnt thpe mpagnitude of the angle anyway. Choosing the positive sign, we are left with sin ✓ = 7 5/( 29 9) = 0.969. Two values of ✓ (75.7 and 104.3 ) satisfy this equation, and
p
p
a) the dot productp: First, A · B = p2 3 + 6 = 5 = AB cos ✓, where A = 22 + 12 + 32 = 14,
and where B = 12 + 32 + 22 = 14. Therefore cos ✓ = 5/14, so that ✓ = 69.1 .
We use the relation A ⇥ B = |A||B| sin ✓n. With the given vectors we find
A

B
=
14ay
+
ห้องสมุดไป่ตู้
7az
=
p 75
2ayp+
| {z5
az
}
=
p 9
+
4
+
p 16 4
+
1
+
4
sin

n
±n
where n is identified as shown; we see that n can be positive or negative, as sin ✓ can be
hence the real ambiguity.
p
In using the dpot product, we find A · B = 6 2 8 = 4 = |A||B| cos ✓ = 3 29 cos ✓, or
cos ✓ = 4/(3 29) = 0.248 ) ✓ = 75.7 . Again, the minus sign is not important, as we
= 150 , and so t = sin 150 ax cos 150 ay = 0.5(ax + 3ay).
1.5. A vector field is specified as G = 24xyax + 12(x2 + 2)ay + 18z2az. Given two points, P (1, 2, 1) and Q( 2, 1, 3), find: a) G at P : G(1, 2, 1) = (48, 36, 18) b) a unit vector in the direction of G at Q: G( 2, 1, 3) = ( 48, 72, 162), so
( 48, 72, 162) aG = |( 48, 72, 162)| = ( 0.26, 0.39, 0.88)
c) a unit vector directed from Q toward P :
aQP
=
P |P
Q Q|
=
(3,p 1, 4) 26
=
(0.59, 0.20,
0.78)
d) the equation of the surface on which |G| = 60: We write 60 = |(24xy, 12(x2 + 2), 18z2)|, or 10 = |(4xy, 2x2 + 4, 3z2)|, so the equation is
p
+
8 3
B
+
1 9
B
2
=
100
or B2
8B
44 = 0. Thus B = 8±
64 2
176 = 11.75 (taking positive option) and so
B
=
2 3
(11.75)ax
2 3
(11.75)ay
+
1 3
(11.75)az
=
7.83ax
7.83ay + 3.92az
1
1.4. A circle, centered at the origin with a radius of 2 units, lies in the xy plane. Determinepthe unit vector in rectangular components that lies in the xy plane, is tangent to the circle at ( 3, 1, 0), and is in the general direction of increasing values of y:
a
=
(26, 10, 4) |(26, 10, 4)|
=
(0.92, 0.36, 0.14)
b) the magnitude of 5ax + N 3M: (5, 0, 0) + (8, 7, 2) ( 30, 12, 24) = (43, 5, 22), and |(43, 5, 22)| = 48.6.
A B = (ax + 2ay + 3az) wphose magnitude is |A B| = [( ax 3 3 = 5.20. The unit vector is therefore
(2ax + 3ay 2az) = ( ax ay + 5az)
ay + 5az) · ( ax
ay + 5az)]1/2
2
1.8. Demonstrate the ambiguity that results when the cross product is used to find the angle between two vectors by finding the angle between A = 3ax 2ay + 4az and B = 2ax + ay 2az. Does this ambiguity exist when the dot product is used?
171,
1.7. Given the vector field E = 4zy2 cos 2xax + 2zy sin 2xay + y2 sin 2xaz for the region |x|, |y|, and |z| less than 2, find:
a) the surfaces on which Ey = 0. With Ey = 2zy sin 2x = 0, the surfaces are 1) the plane z = 0, with |x| < 2, |y| < 2; 2) the plane y = 0, with |x| < 2, |z| < 2; 3) the plane x = 0, with |y| < 2, |z| < 2; 4) the plane x = ⇡/2, with |y| < 2, |z| < 2.
25 G = (x2 + y2) (xax + yay)
Find: a) a unit vector in the direction of G at P (3, 4, 2): Have Gp = 25/(9 + 16) ⇥ (3, 4, 0) = 3ax + 4ay, and |Gp| = 5. Thus aG = (0.6, 0.8, 0).
=
p 1 + 1 + 25
=
aAB = ( ax ay + 5az)/5.20
b) find the unit vector in the direction of the line extending from the origin to the midpoint of the line joining the ends of A and B:
of point B.
With A = (6, 2,
|(6
2 3
B
)ax
(2
4) and
2 3
B)ay
B= (4
+13 B13(B2,)az2|,=1)1, 0we
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