工程电磁场导论.ppt

工程电磁场导论课件
第1页，共31页，2022年，5月20日，4点29分，星期三
微波炉是利用电磁波的能量来加热食物的。
微波炉由一 个磁控管将电能转化为电磁波，然后照射到食物上。
食物被电磁场加热的原因：因为食物中含有水分子，
电介质中体积 内的的全部电偶极子，在场点产生的电位：
其中：表面 是体积 的封闭界面。
束缚面电荷在场点产生的电位
束缚体电荷在场点产生的电位
束缚电荷的面密度为：
束缚电荷的体密度为：
若电介质中还存在自由电荷分布时，电介质中一点总的电位为：
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5. 电介质的物态方程
电介质极化后，场域中除了自由电荷之外，又多了束缚电荷，根据高斯定律：
可得：
定义一个新矢量：
其中： 称为相对介电常数。
已知：
令：
材料的介电常数表示为：
电介质的物态方程
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介质的击穿：当电介质上的外加电场足够大时，束缚电荷有
可能克服原子结构的吸引力，成为自由电荷。
此时，介质呈现导体特性。
6. 介质的击穿
常见电介质的相对介电常数见教材上的表3-2 。
结论：穿过任意封闭曲面的电通量，只与曲面中包围的自由
电荷有关，而与介质的极化状况无关。
高斯定律：
积分形式：
击穿场强：介质所能承受的最大电场强度。它在高压技术
中是一个表征材料性能的重要参数。
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解：按题意该电场为球对称场，选球坐标系，用高斯定律
所以：
例1：点电荷 位于介质球壳的球心，球壳内半径为 ，外半径为 球壳的相对介电常数为 ，壳内外为真空。
求：球壳中任一点的电位移矢量、电场强度、极化强度及电位。
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电位：
极化强度：
R
R
O
O
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在外磁场作用下，呈现出明显磁性的物质称为磁介质。
三、磁介质
1. 什么是磁介质？
2. 磁介质的磁化 演示
原子磁矩：
电子轨道磁矩
电子自旋磁矩
原子核自旋磁矩
在外磁场作用下，物质中的原子磁矩都将受到一个扭矩作用，所有原子磁矩都趋于和外磁场方向一致排列，结果对外产生磁效应，这种现象称为物质的磁化。
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磁化强度的定义：单位体积内，所有磁矩的矢量和。
3. 磁化强度
磁介质被磁化后，磁介质中出现束缚电流。
束缚电流面密度：
束缚电流体密度：
磁化强度与磁场强度之间存在线性关系：
介质磁化后束缚电流在空间产生的矢量磁位：
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4. 磁介质的物态方程
根据全电流定律：
已知：
磁介质中的磁场强度：
已知：
令：
可得：
其中： 称为相对磁导率。
材料的磁导率表示为：
磁介质的物态方程
常用材料的磁化率见教材上表3-3。
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5. 磁介质的分类
（1）抗磁质：其磁化率 为负，其相对磁导率略小于1，即
且
磁介质可分为：抗磁质、顺磁质、铁磁质和亚铁磁质等。
如金、银和铜等属于抗磁质。
（2）顺磁质：磁化率为正，相对磁导率略大于1，即
且
如镁、锂和钨等属于顺磁质。
（3）铁磁质：其磁化率非常大，其相对磁导率远大于1，即
如铁、镍和钴等属于铁磁质。
在铁磁性材料中，有许多小天然磁化区，称为磁畴。
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（4）亚铁磁质：由于部分反向磁矩的存在，其磁性比铁磁材料
的要小，铁氧体属于一种亚铁磁质。
6. 剩余磁化
剩余磁化：铁磁性物质被磁化后，撤去外磁场，部分磁畴的取向仍保持一致，对外仍然呈现磁性。
磁滞回线
铁磁材料的磁性和温度也有很大关系，超过某一温度值后，铁磁材料会失去磁性，这个温度称为居里点。
一些材料的相对磁导率和分类情况见教材上表3-4。
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