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1、第三章 主要电电磁污染染及其特特性3.1 电磁场场基本原原理复习要求求：1、熟悉电电磁场机机理；了了解电磁磁耦合途途径。 2、了解电电力系统统、电气气化铁道道、电磁磁发射系系统产生生电磁污污染的机机理和特特性。 3、了解电电磁污染染的主要要危害。 一、静电电场电荷周围围存在着着一种特特殊形式式的物质质，称为为电场。相相对于观观察者为为静止的的且其电电量不随随时间而而变的电电荷所产产生的电电场，称称为静电电场。1、库仑仑定律：在真空空中两点点电荷间间相互作作用力与与两电荷荷间乘积积成正比比，与电电荷间距距离的平平方成反反比；力力的方向向沿电荷荷之间的的连线或或延长线线，同性性电荷相相互排斥斥而异
2、性性电荷相相互吸引引。2、电场场强度 已知电电场强度度可以计计算电荷荷在电场场中受到到的电场场力 多个（nn个）点点电荷在在真空中中建立的的电场强强度为真空中有有限长直直线段上上均匀分分布着密密度为的的电荷，计计算带电电线外任任一点电电场强度度。如果带电电直线为为无限长长，则，。描述电场场的物理理量还有有电势（电电位），场场强是矢矢量计算算复杂，电势是标量。试验电荷在静电场中沿某一路径从一点移到另一点时，电场力所做的功。点和点的电压为。静电场中两点间的电压，等于由一点至另一点移动单位正电荷时电场力所做的功。静电场中中任意两两点间的的电压与与所取路路径无关关。讨论论点电荷荷的电场场。，两点间间的
3、电压压只与点点和点的的位置有有关，而而与所取取路径无无关。因因为任何何电荷分分布都可可以把它它们分成成许多点点电荷的的元电荷荷。将每每个元电电荷所建建立的电电场进行行叠加，合合成电场场也必具具有这一一性质。即即电场强强度的环环路积分分恒等于于零。电场强度度的环路路线积分分为零。这这就是静静电场环环路定理理。在静静电场中中沿任一一闭合环环路移动动单位正正电荷一一周，电电场力所所做的功功为零。沿沿任一闭闭合环路路运动，功功或能量量是守恒恒的，故故静电场场是守恒恒场。3、电位位由静电场场的环路路定理，可可以定义义一个表表征静电电场特性性的标量量场量电电位，符符号为，为电位参参考点。为点相对于点的电位
4、，或称点的电位，或电势。电位是单值函数。取无限远远为电势势零点，则则 静电场中中，两点点间的电电压就是是这两点点的电位位差。真空中一一个点电电荷电位位 G为格林林函数，表表示单位位正电荷荷所建立立的电位位。电场强度度和电位位的关系系 即电场强强度在方方向的分分量等于于电位在在该方向向的空间间偏导数数并加以以负号。直直角坐标标系中定义 ，称称为哈密密顿算符符（读作作“dell”或 “纳布拉拉”）。称为电位位梯度。电电位相等等的点所所形成的的面称为为等位面面，垂直等位位面，的的大小等等于在等等位面法法线方向向的分量量，大于在其其他方向向的分量量。电位位梯度是是电位在在各方向向中最大大的空间间偏导数
5、数或最大大的空间间变化率率。电场场强度的的数值等等于这种种最大的的电位空空间变化化率，电电场强度度指电位位降的方方向，而而电位梯梯度指电电位升的的方向。4、电偶偶极子一对等量量异号的的电荷相相距一个个小的距距离，称称为电偶偶极子。研研究远离离电偶极极子的场场，即。任任一点处处的电位位 ，可可以写为为。令矢矢量，其其数值等等于乘积积，方向向由指向向，称为为电偶极极子的电电矩，简简称电偶偶极矩。这这样有5、高斯斯通量定定理静电场具具有点源源场的性性质，在在自由空空间中由由任意闭闭合面SS穿出的的电场强强度通量量应等于于S内所所有电荷荷的代数数和并除除以真空空介电常常数。 感应电荷荷，总的的电场是是
6、感应电电荷与自自由电荷荷共同作作用的结结果。达达到平衡衡时，导导体内部部的电场场为零。电场中的的绝缘介介质又称称为电介介质。由由于电场场力的作作用，在在原子尺尺度上出出现了等等效的束束缚电荷荷。为电电介质的的极化。当当电场强强度超过过某一数数值时，束束缚电荷荷被迫流流动造成成介质击击穿而失失去其绝绝缘性能能。有介质时时的静电电场是由由束缚电电荷及自自由电荷荷共同产产生的。电电通量密密度D（又又称电位位移），为电介质的极化强度，它是单位体积内的电偶极矩。式中，qq仅为SS面内所所有自由由电荷。电电位移的的散度等等于该点点自由电电荷（体体）密度度，电介质质性质的的成分方方程，又又称本构构方程。对于
7、各向向导发的的电介质质，D与与E将不不同方向向，为一一张量。计算同轴轴电缆内内部介质质中的电电场强度度。6、静电电场的基基本方程程积分形式式：微分形式式： 表示示静电场场是有散散场（有有源场）。 表示示静电场场是无旋旋场，式式中为EE的旋度度。旋度度亦可记记作root，ccurll。任何何标量位位场都是是无旋的的。泊松方程程拉普拉斯斯方程泊松方程程和拉普普拉斯方方程描述述了静电电场空间间分布的的规律性性。7、镜像像法镜像法属属于间接接方法，其其理论依依据是唯唯一性定定理，满满足给定定边界值值的泊松松方程或或拉斯方方程的解解答是独独一无二二的。讨论点电电荷对无无限大接接地导体体平面的的镜像。用用
8、代替无无限大接接地平板板上感应应电荷的的作用。检检验边界界值：无无限大接接地导体体的电位位必等于于无限远远处电位位，即电电位。撤撤去导体体后，点点电荷和和在地表表轮廓面面处产生生的电位位抵消为为零，仍仍，即与与无限远远处等位位。检验验结果：边界值值未变，猜猜想成立立。就是是的镜像像电荷。寻找镜像像电荷的的规则是是：等量量异号，位位置对称称，镜像像位于边边界之外外。其他求解解静电场场问题的的常用镜镜像法见见5299页表格格。8、电容容 电容与极极板导体体的形状状、尺寸寸、位置置和其间间电介质质有关。计算两线线传输线线的单位位长电容容。常见见电容器器和传输输线的电电容量计计算公式式见5331页表表
9、5-33-2。9、部分分电容3个或33个以上上的多导导体系统统中，任任意两导导体间可可视为均均有一电电容，这这就是部部分电容容，这许许多部分分电容组组成电容容网络。如果一个个系统，其其中电场场的分布布只与系系统内各各带电体体的形状状、尺寸寸、相互互位置和和电介质质的分布布有关，而而与系统统外的带带电体无无关，并并且所有有电位移移通量全全部从系系统内的的带电体体发出又又全部终终止于系系统内的的带电体体上，则则称为静静电独立立系统。系统有个个导体，编编号未00，00号导体体处选为为电位参参考点，。可得矩阵式，下标相相同者称称为自有有电位系系数，如如；下标标不相同同者称为为互有电电位系数数，如。电位
10、系数数的性质质有：所有电电位系数数都是正正值；自有电电位系数数大于与与它有关关的互有有电位系系数；电位系系数只与与导体的的几何形形状、尺尺寸、相相互位置置和电介介质的介介电常数数有关，而而与及无关；，为对称称阵。单单位是11/法（11/F）。解上述方方程 得 系数称为为感应系系数，单单位是法法。下标标相同者者称为自自有感应应系数或或电容系系数，下下标不相相同者称称为互有有感应系系数。感感应系数数的性质质有：自有感感应系数数都是正正值；互有感感应系数数都是负负值；自有感感应系数数大于与与它有关关的互有有感应系系数的绝绝对值；。一般情况况下，在在个导体体组成的的静电独独立系统统中共有有个部分分电容
11、。10、电电场能量量电场能量量密度 电容器中中电场能能量 作业：一、填空空题1、说明明下列各各式的物物理意义义：穿过面面元的电电场强度度通量，即即穿过面面元的电电场线数数。：在线元元上移动动单位正正电荷，电电场力所所做的功功，或线线元两端端之间的的电势差差。：沿某路路径将单单位正电电荷从aa点移到到b点时时静电场场力所做做的功，或或a、bb两点的的电势差差。：在静电电场中沿沿任一闭闭合环路路移动单单位正电电荷一周周，电场场力所做做的功为为零，或或静电场场力做功功与路径径无关，或或静电场场的环流流为零。说说明静电电场是守守恒场（保保守力场场）。2、静电电场中的的泊松方方程： 。3、静电电场中的的
12、拉普拉拉斯方程程：4、库仑仑定律：在真空空中两点点电荷间间相互作作用力与与两电荷荷间乘积成成正比，与与电荷间间距离的的平方成成反比；力的方方向沿电电荷之间间的连线线或延长长线，同同性电荷荷相互排排斥而异异性电荷荷相互吸吸引。5、导体体处于静静电场中中，在电电场力的的作用下下出现 静电感感应现象象 ，达达到平衡衡时，导导体内部部 电场场强度为为零。二、简述述题1、高斯斯通量定定理。在自由空空间中由由任意闭闭合面SS穿出的的电场强强度通量量应等于于S内所所有电荷荷的代数数和并除除以真空空介电常常数。 高斯定理理说明静静电场是是有源场场，高斯斯面上的的电场强强度与高高斯面内内外的电电荷均有有关，穿穿
13、过高斯斯面的通通量只与与高斯面面内的电电荷有关关。有电介质质时的静静电场是是由束缚缚电荷与与自由电电荷共同同产生的的，高斯斯定理 2、静电电场环路路定理。电场强度度的环路路积分为为零，。该定理表表明：在在静电场场中沿任任一闭合合环路移移动单位位正电荷荷一周，静静电场力力所做的的功为零零。静电电场是保保守力场场，守恒恒场，无无旋场。3、静电电场的基基本方程程。积分形式式：微分形式式： 表示示静电场场是有散散场（有有源场）。 表示示静电场场是无旋旋场。4、电容容。 电容器器的电容容等于两两极板上上等量异异号电荷荷与两极极板间电电压之比比值。单单位为法法，。电电容与极极板导体体的形状状、尺寸寸、位置
14、置和其间间电介质质有关。5、电位位系数的的性质。电位系数数的性质质有：所有电电位系数数都是正正值；自有电电位系数数大于与与它有关关的互有有电位系系数；电位系系数只与与导体的的几何形形状、尺尺寸、相相互位置置和电介介质的介介电常数数有关，而而与及无关；。6、静电电独立系系统。如果一个个系统，其其中电场场的分布布只与系系统内各各带电体体的形状状、尺寸寸、相互互位置和和电介质质的分布布有关，而而与系统统外的带带电体无无关，并并且所有有电位移移通量全全部从系系统内的的带电体体发出又又全部终终止于系系统内的的带电体体上，则则称为静静电独立立系统。7、感应应系数的的性质。 感应系系数的性性质有：自有感感应系数数都是正正值；互有感感应系数数都是负负值；自有感感应系数数大于与与它有关关的互有有感应系系数的绝绝对值；。三、判断断题1、有人人说：“某一高高压输电电线的电电压有5500kkV，因因此你不不可与之之接触。” （错）2、由于于，所以以电容器器的电容容与其所所带电荷荷成正比比。 （错错）
