电磁场与电磁波：第2章电磁学基本理论

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1、电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论一、电磁场的主要场量一、电磁场的主要场量(一一)电场电场(二二)电位电位(三三)磁场磁场 (四四)矢量磁位矢量磁位 二、麦克斯韦方程组的建立二、麦克斯韦方程组的建立(一一)安培环路定律安培环路定律(二二)法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律(三三)电场的高斯定律电场的高斯定律(四四)磁场的高斯定律磁场的高斯定律(五五)电流连续性方程电流连续性方程第第2 2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论三、三、麦克斯韦方程组的积分形式和微分形式麦克斯韦方程组的积分形式和微分形式电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本

2、理论一、场量的定义和计算(一一)电场电场1.什么是电场？这种存在于电荷周围，能对其他电荷产生作用力的特殊的物质称为电场。可见电荷是产生电场的源。2.电场强度的定义 单位正试验电荷在电场中某点受到的作用力（电场力），称为该点的电场强度。电场强度严格的数学表达式为：0limtqtFEq电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论21122120214Rq qFaR3.库仑定律 1q2q21R 其中：为真空介电常数。091201108.851036F/m (法拉/米)4.电场强度的计算220044tRRtqqqEaaq RR 其中：其中：是源电荷指向场点的方向。是源电荷指向场

3、点的方向。Ra(1)(1)离散分布点电荷周围电场强度的计算公式：离散分布点电荷周围电场强度的计算公式：204RqEaR21014niRiiiqEaR电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论(2)(2)连续分布的电荷源产生的电场连续分布的电荷源产生的电场a.线电荷分布：电荷沿某一曲线连续分布。线电荷密度定义：单位长度上的电荷量。0dlimdllqqll dlddlql 上所带的电荷量：dl2200ddd44lRRlqEaaRR产生的电场强度为：dqR该线电荷在空间产生的电场强度：P20d14lRllEaR电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本

4、理论0dlimdSSqqSS dS2200ddd44SRRSqEaaRR20d14SRSSEaRRPb.面电荷分布：电荷沿空间曲面连续分布。面电荷密度定义：单位面积上的电荷量。ddSqS 上所带的电荷量：dS 产生的电场强度为：dq该面电荷在空间产生的电场强度：电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论c.体电荷分布:电荷在某空间体积内连续分布。体电荷密度定义：单位体积内的电荷量。0dlimdVVqqVV ddVqVdV2200ddd44VRRVqEaaRR 上所带的电荷量：dV 产生的电场强度为：dqRP该体电荷在空间产生的电场强度:20d14VRVVEaR电磁场与

5、电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论(3,2,2)P例1：在直角坐标系中，设一点电荷q 位于 ，计算空间点 的电场强度。(5,3,4)P(3,2,2)P(5,3,4)PrrRxyzo解：如图如图322xyzraaa 点的坐标矢量为：(3,2,2)P点的坐标矢量为：(5,3,4)P534xyzraaa204RqEaR点电荷电场强度的计算公式212xyzRrraaa其中：212|3xyzRaaaRaR222|2123RR所以:0212427xyzaaaqE电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论解：根据题意，选取柱坐标系面元：dd dSr r面元

6、上的电荷量为：dd dSqr r从此电荷源到 z 轴上 P 点的距离矢量为：rzRr aha 距离大小为：22 1/2()Rrh20d14SRSSEaR根据面分布电荷在空间一点所产生的电场强度公式：222 3/2000d d4Srzr rr aharh 例2：设有一无限大的均匀带电平面，面电荷密度为 。求：距平面h高处的电场强度 。SE电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论 由于电荷分布的对称性，对每一个面由于电荷分布的对称性，对每一个面元元 ，将有一个对称面元，将有一个对称面元 与之对应，与之对应，这两个面元上的电荷在这两个面元上的电荷在P点产生的电场强度的点产

7、生的电场强度的径向分量相互抵消，因此径向分量相互抵消，因此P点的电场强度的径点的电场强度的径向分量为零。向分量为零。dSdS222 3/200022 1/2000dd41242SzSzSzr hEr arhharha 可见：无限大均匀带电平面产生的电场是均匀的,与距离 h无关，方向为该平面的法线方向。电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论（二）电位（二）电位 电荷 在电场中受力为：qtetFq EaFeFtaFq E 电荷在静电场中由P点移动到A点，外力所做的功为：tdAPWqEl 电位差定义：单位正电荷由P点移动到A点，外力所做的功称为A点和P点之间的电位差。1

8、.1.电位差电位差tddAPAPPAWElElq 电荷 在电场中要保持平衡状态，需受外力作用为：qt电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论dAAPPEl dddsindRlRaRaRa20201d41d4PAPAPRRARRqaRaRqRR0114APqRR结论：空间两点的电位差只与两点所在位置有关，而与积分路径无关。例3：计算原点处一点电荷q 产生的电场中AP之间的电位差。2014RqEaR解：选取求坐标系，点电荷q 产生的电场所以：xyzPAo电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论（1）电位定义：定义无穷远处的电位为零，外力将单位

9、正电荷是由无穷远处移到A点，则A点和无穷远处的电位差称为A点的电位。2.2.电位电位01d4AAAAqElRAR以无穷远处为零电位参考点。为电荷源到A点的距离。（2）电位计算：a.点电荷的电位计算：04qRN个点电荷的电位计算：其中：为第i个电荷源到场点的距离。iR1014NiiiqR电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论01d4VVVRb.连续分布的电荷源的电位计算线电荷分布：面电荷分布：体电荷分布：dlEl ddEl ddl E 3.3.电场强度电场强度 与电位与电位 之间的关系之间的关系E01d4SSSR01d4lllR电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章

10、 电磁学基本理论电磁学基本理论例4:有一对等量异号相距很近的电荷构成电偶极子，如图，求：远场区P点的电位和电场强度。解：取球坐标系，P点的电位lR因为：1cos2lRRcos12lRR222212cos4RlRRR2cos2lRR则：电场强度：sinREaaaRRR 3300cossin24RqlqlEaaRR012114qRR210124RRqR R20cos4qlR电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论(三三)磁场磁场产生磁场的源：a.永久磁铁;c.时变的电场.b.电流周围，即运动的电荷;1.什么是磁场？存在于载流回路或永久磁铁周围空间，能对运动电荷施力的特殊

11、物质称为磁场。tm0tlimvqFaBq vmF可见：磁场力 、运动速度 和磁感应强度 三者相互垂直，且满足右手螺旋法则。mFvaBB2.磁感应强度 的定义BvmFqvB电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论1I2I22dIl11dI lR电流元22222222ddddddddqlIllqq vtt01121222ddd4RI laFq vRmFqvB01112dd4RI laBR电流元 在空间所产生的磁感应强度为：11dI l该式称为毕奥萨伐尔定律。安培力实验定律：3.磁感应强度的计算02211212d(d)d4RIlI laFR0其中：为真空磁导率。得到：比较

12、704 10 H/m （亨利/米）电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论b.b.面电流情况面电流情况:电流在某一曲面上流动电流在某一曲面上流动。面电流密度:定义为在与电流线垂直的方向上单位长度流过的电流。ddSIIJalddSIJl 上流过的电流量：dl产生的磁感应强度为：dI110112ddd4SRlJllaBR11dl整个面电流产生的磁场：02d4SRSJaBSR110112d d4SRlJallR(A/m)a.闭合电流回路在空间所产生的磁感应强度：02d4RlI laBR特斯拉(T)电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论c.c.

13、体体电流情况电流情况:电流在某一体积内流动电流在某一体积内流动。体电流密度：定义为在与电流线垂直的方向上平面内单位面积流过的电流。ddIJ S 上流过的电流量：dS产生的磁感应强度为：dI110112d dd4RlJ S laBR整个体电流产生的磁场：02d4RVJaBVR110112d d4RlJaS lRddIIJaS(A/m2)电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论例5：求如图所示的电流线 I 在O点产生的磁感应强度。IyxO解：取圆柱坐标系02d4RlI laBRABCD将电流线分成 三段分别求这三段电流在O点产生的磁感应强度。,AB BC CDa电磁场与

14、电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论（1）段在O点产生的AB1B1dd()rlra 1()Rraa 1011121d4RlI laBR0（2）段在O点产生的BC2B2ddlaa 2()Rraa 0220d()4rIaaaBa 2Ra04zIaa（3）段在O点产生的CD3B3ddrlra 3()Rraa 3033323d4RlI laBR0O点产生的磁感应强度:123BBBB04zIaaIyxOABCD1dl2dla3dl电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论例6：求长为l，载有电流 I 的细直导线在P点产生的磁感应强度。解：选用圆柱坐标系0

15、2d4RlI laBR式中：ddzlz a2tandsecdseccossinRrzzzrzrRraaa 所以：2dd(cossin)seccos dRzrzlaa zaaa r 212001222seccosd(sinsin)4sec4a rIIBarrodzRaR21r(,)P rzrz2l2l电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论odzRaR21r(,)P rzrz2l2l式中：122sin2lzlrz2（）222sin2lzlrz2（）l于是得：02IBar012(sinsin)4IBar有限长度电流线磁感应强度：无限长载流直导线周围磁感应强度：即：1/2

16、2/2电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论SJyzo解：如图，选用直角坐标系01222ddd22()SyJ h yBBahy2dl1dlhP1r1dl 上流过的电流为1dSJl0111dd2SJlBar例7：设一面电流密度为 的无限大均匀导流面，求：距该平 面h高处的磁感应强度？SJ1dB2r与 对称的取线元1dl2dl2dB0222dd2SJlBar2212rrhy其中：12dddlly12cossincossinyzyzaaaaaa22coshhy 电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论该面电流在P点产生的磁感应强度：0220d

17、SyJ hyBahy001arctan()SyJ hyahh02SyJa02SnJaB无限大均匀导流面两侧的磁感应强度：电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论 (四四)矢量磁位矢量磁位 1.磁通量 磁感应强度对一个曲面的面积分称为穿过该曲面的磁通量。dSBSdSBS若曲面闭合：02d4RlI laBR02dd4RSlI laSR磁感应强度：21()RaRR 根据梯度规则：2d1()dRI laI lRR 则有：根据高斯定律：ddSVBSB V01()d d4VlI l VR01()d d4VlI lVR 电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学

18、基本理论利用矢量恒等式：()FGGFFG111()d d()()dI lI lI lRRR 1()0R已知：01d d4Vl()I lVR d0I l和dSBS00结论:穿过空间任意闭合曲面的磁通量恒为零。这就是磁通连续性原理。它说明磁感线是连续的闭合矢线，磁场是无散场。ddSVBSB V0B电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论2.矢量磁位的引入根据矢量恒等式：0F引入矢量 ，令 则：BA A0AB 该矢量 称为矢量磁位，单位为韦伯/米（Wb/m）。A3.矢量磁位的计算规范条件：0A对线电流的情况：02d4RlI laBR01(d)()4lBI lR21()Ra

19、RR 已知：a.线电流矢量磁位计算电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论利用矢量恒等式：d11()()ddI lI lI lRRR 0d()4lI lBR则：01(d)()4lBI lR()f GfGfG 0d()4lI lBR 0d4lI lAR矢量磁位：该式为线电流产生的磁场中的矢量磁位计算公式。为零！电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论b.面电流矢量磁位计算0d4SSJASR11dl面电流密度：ddSIIJal(A/m)矢量磁位：c.体电流矢量磁位计算0d4VJAVR体电流密度：矢量磁位：ddIIJaS(A/m2)电磁场与电磁

20、波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论例8：试求电流为I,半径为a 的小圆环在远离圆环处的磁感应强度。解：先求 再求 ，选用球坐标系，BA0d4lI lARxyo已知：ddI lIaa2ddsincosxyI lIaaa 2dI l1dI l1ddsincosxyI lIaaa在直角坐标系中12dd2sindxI lI lIaa 1dA2dA2sindIaa 所以：电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论oRR(,90)oP RxyzKMN如图：222RPMMK 22(cos)PMR222MKNKNM22(cos)(sinsin)aRa22(sin

21、)2sinsinaRaR2222sinsinRRaaR其中：可得：1221sinsinaRRR11(1sinsin)aRRRRa当：电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论0d4lI lAR将：02221(1sinsin)sind4IaaAaRR 11(1sinsin)aRRR12dd2sindI lI lIaa 02sin4SIaR得：式中 为圆环的面积。2Sa因为 ，最后得：BA 032cossin4RSIaaR2sin1sin00sinRaRaRaBRRRA电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论二.麦克斯韦方程组的建立(一)安培环

22、路定律麦克斯韦第一方程(二)法拉第电磁感应定律麦克斯韦第二方程(三)电场的高斯定律麦克斯韦第三方程(四)磁场的高斯定律麦克斯韦第四方程(五)电流连续性方程麦克斯韦第五方程电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论(一)安培环路定律麦克斯韦第一方程1.安培环路定律已知：无限长载流直导线周围的磁感应强度为：02IBar2000d()d2lIBlaarIrdlrdddlra在真空中，磁场强度沿任意回路的线积分，等于该回路所限定的曲面上穿过的总电流。令 ,矢量 称为磁场强度，单位为安培/米(A/m)H0BH电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论1

23、dNiliHlIdcos ddrlal20000ddd22llIIBlalrIrr若积分回路中包含多个电流则：01dNiliBlI任意回路：安培环路定律：电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论S2.位移电流 传导电流连续是安培环路定律成立的前提。位移电流假设：在电容器两极板间，由于电场随时间的变化而存在位移电流，其数值等于流向正极板的传导电流。如图：1S穿过 的传导电流为 ，则：CICdlHlId0lHl穿过 的传导电流为 ，则：2S0矛盾？矛盾？电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论0dCddEIIStCddqIt平板电容器极板上的

24、电荷：00SqCVEdESd位移电流的计算 传导电流：位移电流：位移电流密度：d0dd()dIEJSt引入一个新矢量 ，在真空中令 ，则位移电流密度表示为：D0DEdddDJtddSDISt某曲面上的位移电流：电位移矢量 电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论3.全电流定律 引入位移电流之后，穿过 S 面的总电流为：CdIII总电流密度为：CdCDJJJJt某曲面上全电流 I 为：C()dSDIJSt全电流定律：Cd()dlSDHlJSt该方程称为麦克斯韦第一方程。该式的物理意义：它表明磁场不仅由传导电流产生，也能由随时间变化的电场，即位移电流产生。电磁场与电磁波

25、电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论(二)法拉第电磁感应定律麦克斯韦第二方程1.法拉第电磁感应定律 磁场中的一个闭合导体回路的磁通量发生变化时，回路中就产生了感应电流，表示回路中感应了电动势，且感应电动势的大小正比于磁通对时间的变化率。数学表达式为：inddt EdSBS该闭合回路中的感应电动势为：dlElinddddlSElBSt 闭合回路中的磁通量为：可得：电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论引起磁通变化的原因：dSBStin(2)闭合回路与恒定磁场之间存在相对运动,这时回路中的感 应电动势称为动生电动势。dSBStin(3)既存在时变磁场

26、又存在回路的相对运动，则总的感应电动势为：dSBSt in(1)闭合回路是静止的，但与之交链的磁场是随时间变化，这是回路中产生的感应电动势称为感生电动势。电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论2.法拉第电磁感应定律的推广 当介质或真空中某曲面内的磁通随时间变化时，则存在感应电场；感应电场沿曲面边界的积分为该曲线上的感应电动势。ddlSBElSt 经麦克斯韦推广的电磁感应定律为：该方程称为麦克斯韦第二方程。该式说明：变化的磁场产生电场。即电场不仅由电荷源产生，也可由时变的磁场产生。电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论(三)电场的高斯定

27、律麦克斯韦第三方程 若以该点电荷为中心，做一半径为R 的球面，则电场强度穿出该球面的通量为2220000dsin d d4RRSqqESaa RR 如果闭合曲面内包含n个点电荷，则：10dniSiqES如果闭合曲面内含有连续分布的电荷，则：01ddVSVESVddVSVDSV该方程称为麦克斯韦第三方程。该式表明：穿过任何闭合曲面的电通量等于该闭合曲面所包围的净电荷。电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论数学表达式为：d0SBS该式表明：通过任何闭合曲面的磁通量恒为零。磁力线总是连续的，它不会在闭合曲面内积累或中断，故称磁通连续性原理。该方程称为麦克斯韦第四方程。(

28、四)磁场的高斯定律麦克斯韦第四方程电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论(五)电流连续性方程麦克斯韦第五方程CCdSIJS电荷守恒，则从封闭曲面流出的电流，必然等于封闭曲面内正电荷的减少率：CddQIt 设流出封闭曲面的电流为：dVVQV该封闭曲面内的总电荷为：CddVSVJSVt 则：该方程称为麦克斯韦第五方程。该式表明：从封闭曲面流出的电流，必然等于封闭曲面内正电荷的减少率，反之亦然。电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论电场高斯定理的证明电场高斯定理的证明0VttVsddSD0VtVsddSD11StSldDJdlHC 22St

29、SldDJdlHC 0 dSDJCStVtVsddSJCVVVsVsddSDddSD 0Const.S1S2l电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论磁场高斯定理的证明磁场高斯定理的证明0dSBst0dSBSt 0Const.dSBsS1S2l11SdtdSldBdlE22SdtdSldBdlE电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论Cd()dlSDHlJStddlSBElSt ddVSVDSVd0SBS（一）麦克斯韦方程组的积分形式：CddVSVJSVt 一般情况：无源的情况：(0,0)cJddlSBElSt d0SDSd0SBSddl

30、SDHlSt三、麦克斯韦方程组的积分形式和微分形式电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论CddlSHlJSd0lElddVSVDSVd0SBS恒定电磁场(存在直流电流)正弦电磁场（存在时间因子 ）jetCd(j)dlSHlJDSdjdlSElBS ddVSVDSVd0SBS注意：利用积分形式的麦克斯韦方程可直接求解具有对称注意：利用积分形式的麦克斯韦方程可直接求解具有对称性的场。性的场。如：中心对称性场，轴对称性场，平面对称性场。如：中心对称性场，轴对称性场，平面对称性场。电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论（二）麦克斯韦方程组的微

31、分形式 d()dlSHlHS积分形式:CDHJtCd()dlSDHlJStddlSBElSt ddVSVDSVd0SBSCddVSVJSVt BEt ddSVDSD VVD0BCVJt 微分形式:注意：麦克斯韦方程的微分形式只适用于媒体的物理性质 不发生突变的区域。微分形式的麦克斯韦方程组给出了空间某点场量之间及场量与场源之间的关系。电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论 麦克斯韦方程组包含着丰富的内容和深刻的含义。伟大的物理学家爱因斯坦曾这样评价麦克斯韦方程：“这个方程组的提出是牛顿时代以来物理学上一个重要的事情，这是关于场定律的定量的描述。方程中所包含的内容比

32、我们所指出的要丰富得多。在它们简单的形式下隐藏着深奥的内容。这些内容只有靠仔细的研究才能显示出来。它是描述场的结构的定律，它不像牛顿定律那样把此处发生的事件与彼处的条件联系起来，而是此处此刻的场只与最近的刚过去的场发生关系。假使我们知道此处此刻所发生的事件，这些方程便可帮助我们预测在空间上稍远一些，在时间上稍迟一些将会发生什么。”电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论例9：一无限长均匀带电直导线，线电荷密度为 ，求：该导线周围的电场强度。l解：该导线周围的电场具有轴对称性，选柱坐标系，高斯面选柱面。ddVSVDSVQ200dd d2lrrSDSD rzDrl lQ

33、l可得：2lrDar02lrEar电场强度：0DE已知：l电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论例10:如图所示，一无限长同轴电缆芯线通有均匀分布的电流I，外导体通有均匀的等量反向电流，求各区域的磁感应强度。解:根据题意，取圆柱坐标系。（1）区域1Rr 内导体的电流密度为:211/zJa IR取半径为 r 的圆环为积分回路，根据安培环路定律:21100dd drzlHlJr ra 21212IrHrRddlra21110dd2lHlHrrH22220011d drIIr rrRR 1212IrHaR磁感应强度为:01212IrBaR 电磁场与电磁波电磁场与电磁波第

34、第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论同理取半径为r 的圆为积分回路，则有:21RrR（2）区域2dlHlI22d2lHlrH22IHar022IBar该区域的磁感应强度为:23RrR（3）区域外导体的电流密度为:22232/zJa IRR2223200dd drRH rIJ r r 同理，取半径为r 的圆为积分回路，则有:22332232()2()I RrHaRRr220332232()2()I RrBaRRr可得：（4）区域3rR40B 电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论例11：一均匀带电球壳，电荷密度为 ，球壳内外半径分别为a、b，求各区域中的电位移矢量

35、 。0D解：如图，选球坐标系，由于球壳内均匀 带电，所产生的电场具有中心对称性。1ddVSVDSVab0（1）区域Ra取半径为 R 的球面为高斯面，根据电高斯定律:22111dsin d d4RRSSDSD RaDR 010D 可得：电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论2ddVSVDSV（2）区域aRb取半径为 R 的球面为高斯面，根据电高斯定律:22222dsin d d4RRSSDSDRaDR 33022()3RRaDaR可得：ab0333300444d()()333VVVRaRa电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论3ddVS

36、VDSV（3）区域R b同理取半径为 R 的球面为高斯面，根据电高斯定律:22333dsin d d4RRSSDSDRaDR 33032()3RbaDaR可得：333300444d()()333VVVbabaab0电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论例12：已知自由空间磁感应强度为 12933 10cos(3 1010)yBtz a(1)求位移电流密度 ；dJ(2)若 m时，求 ms时，km处的电场强度。0,1.1tz0E 1t 9z 解：(1)按题意，空间无传导电流，故：dDHJtd001100 xyzyaaaJBxyzB01yyxzBBaazx1290330

37、 10sin(3 1010)xtz a 492.626 10sin(3 1010)xtz a（A/）2m电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论(2)由0dEJt得：49002.626 10 sin(3 1010)dxJtz aEt4902.626 10sin(3 1010)dxEtzta49902.626 10cos(3 1010)3 10 xtz aC399.90 10cos(3 1010)xtz aC0C 若 m时，则：0,1.1tz0E 所以：399.90 10cos(3 1010)xEtz a393339.90 10 cos(3 101010 9 10)7.401 10 xxEaa 当 ms时，km处的电场强度：1t 9z（V/m）（V/m）电磁场与电磁波电磁场与电磁波第第2章章 电磁学基本理论电磁学基本理论作业：作业：2-3，2-4，2-10，2-12，2-19（电位移矢量！电位移矢量！），2-28