1.6电磁场的能量和能流EnergyandEnergyFlowof学习培训模板课件.ppt

1、Energy and Energy Flow of Electromagnetic Field 能量：物质运动强度的量度，表示物体做功的物理量。能量：物质运动强度的量度，表示物体做功的物理量。主要形式：机械能、热能、化学能、电磁能、原子能。主要形式：机械能、热能、化学能、电磁能、原子能。能量守恒与转化：能量在不同形式之间可以相互转化，但总能量守恒与转化：能量在不同形式之间可以相互转化，但总量保持不变。量保持不变。电磁能的特点：电磁场作为一种物质，具有能量和动量，电电磁能的特点：电磁场作为一种物质，具有能量和动量，电磁场弥散于全空间，电磁能也应弥散于全空间。磁场弥散于全空间，电磁能也应弥散于全空

2、间。认识一种新物质的能量从能量转化入手认识一种新物质的能量从能量转化入手热能：从机械能转化认识热能并得到热能的量度。热能：从机械能转化认识热能并得到热能的量度。电磁能：从电磁场对带电体系做功来认识电磁能。电磁能：从电磁场对带电体系做功来认识电磁能。考虑一定区域中电磁场力对其中“自由”荷电物质作功，此功将转变成“自由”荷电物质的机械能，根据能量守恒的信念，应该有场对物质作功场能量的增加流入区域的能量?把场力作功表达成电磁场量，就可能获得场能量的合理表达式(1)场的能量密度：单位体积的能量场的能量密度：单位体积的能量w(2)场的能流密度：单位时间垂直流过单位横截面的能量场的能流密度：单位时间垂直流

3、过单位横截面的能量SrdfdW场对电荷所作的功为：场对电荷所作的功为：dVrdfWV内场的能量增加率为：内场的能量增加率为：场对电荷单位时间所作的功为场对电荷单位时间所作的功为(功率功率)：vfdtrdfdPdVvfPVwdVdtdVdwdVdtSS ddWdtSVJ,通过界面通过界面S流入流入V内的能量为：内的能量为：SdSVVSwdVdtddVvfdS能量守恒定律能量守恒定律vftwSwdVdtddVvf带电体受电磁场的洛伦兹力带电体受电磁场的洛伦兹力(力密度力密度)JEvEvBvvEvfBvEBJEftDEHEJEtDJH 利用利用tHEHHHEtBHtDJEvfHEtBHHEEHHES

4、twvfHES能流密度：能流密度：tBHtDtw能量密度变化率：能量密度变化率：Poynting 矢量矢量讨论：讨论：()真空中电荷分布真空中电荷分布00,/DEHB01PSEB220011()2wEB()介质内的电磁能量和能流介质内的电磁能量和能流自由电荷自由电荷PE J 束缚电荷束缚电荷(),PP E()MM H电磁场电磁场动能或焦耳热动能或焦耳热极化能或磁化能、介质损耗极化能或磁化能、介质损耗BHDw介质中场能量的改变：介质中场能量的改变：线性介质：线性介质：)(21BHDwJevnev23310/ncm191.6 10eC6210/JA m5 6 10/vm s电子运动的能量并不是供给

5、负载上消耗的能量电子运动的能量并不是供给负载上消耗的能量例：同轴传输线内导线半经为a，外半经为b，两导线间为均匀绝缘介质导线载有电流，两导线间的电压为（）忽略导线电阻，计算介质中的能流和传输功率；（）计及内导线的有限电阻率，计算通过内导线表面进入导线的能流，证明它等于导线的损耗功率HE解：（）,2IHr2rEr224PrzzISEHE H eer 电磁场能量沿导线传输电磁场能量沿导线传输ln2brabUE dra212 lnPzUISebra12lnbbPPaaUIPSdSSrdrdrUIbra（）在导线内：2/izIEJea21()0nEE22zrIEer ra在导线内表面：223|2rzr

6、 aISE Ha 222232222rIlPSa la lII Raa 14.内外半径分别为a和b的无限长圆柱形电容器，单位长度荷电为，极间填充电导率为的非磁性物质（1）证明在介质中任何一点传导电流与位移电流严格抵消，因此内部无磁场。（2）求f（3）求与轴相距为r的地方的能量耗散功率密度（4)求长度为L的一段介质总的能量耗散功率，并证明它等于这段的静电能减少率f随时间的衰减规律fJt fD解：（1）0tDJ0)(tDJ0tDJJE012frLEL2fEr122ffJErtrffttfce0ffctffe0（）22)2(rEEJf（）balrdrrlrrdrrdlddEJfbafflbavln212)2()2(22222020（）221ln24fvlaWE dvb0tffeff)(2ln4fflWatb 22ln2flab