第四章时变电磁场
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作业06_第四章时变电磁场-标准化文件发布号:(9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII第四章 时变电磁场1. 在无源的自由空间中,已知磁场强度597.210cos(31010)A/m y H t z e -=⨯⨯-,求位移电流密度。
2. 在电导率310S/m γ=、介电常数06εε=的导电媒质中,已知电场强度58210sin(10)x E t e -=⨯π,计算在92.510s t -=⨯时刻,媒质中的传导电流密度c J 和位移电流密度d J 。
3. 在无源区域,已知电磁场的电场强度90.1cos(6.281020.9)V/m x E t z e =⨯-,求空间任一点的磁场强度H 和磁感应强度B 。
4. 一个同轴圆柱型电容器,其内、外半径分别为11cm r =、24cm r =,长度0.5m l =,极板间介质介电常数为04ε,极板间接交流电源,电压为V u t =π。
求极板间任意点的位移电流密度。
5.一个球形电容器的内、外半径分别为a 和b ,内、外导体间材料的介电常数为ε,电导率为γ,在内、外导体间加低频电压sin m u U t ω=。
求内、外导体间的全电流。
6. 已知自由空间中电磁波的两个场量表达式为 20002)V/m x E =t z e ωβ-, 5.32sin()A/m y H =t z e ωβ-式中,20MHz f =,0.42rad/m β==。
求(1)瞬时坡印亭矢量;(2)平均坡印亭矢量;(3)流入图示的平行六面体(长为2m ,横截面积为0.5m 2)中的净瞬时功率。
7. 一个平行板电容器的极板为圆形,极板面积为S ,极板间距离为d ,介质的介电常数和电导率分别为ε,γ,试问:(1). 当极板间电压为直流电压U 时,求电容器内任一点的坡印亭矢量;(2). 如果电容器极板间的电压为工频交流电压cos314u t =,求电容器内任一点的坡印亭矢量及电容器的有功功率和无功功率。
电磁场与电磁波摘要:电磁场与电磁波课程与电气专业息息相关,是我们电气专业学生必须学习的,这学期我们进行了电磁场与电磁波的学习。
主要讲解了矢量分析,电磁场的基本定律,时变电磁场,简述了静态电磁场极其边值问题的解。
第一章:矢量分析是研究电磁场在空间分布和变化规律的基本数学工具之一。
第二章以大学物理(电磁学)为基础,介绍电磁场的基本物理量和基本规律,第三章分别介绍了静电场、恒定电场和恒定磁场的分析方法。
第四章主要讨论时变电磁场的普遍规律。
一、矢量分析电磁场是是分布在三维空间的矢量场,矢量分析是研究电磁场在空间的分布和变化规律的基本教学工具之一。
1:标量和矢量(1) 标量:一个只用大小描述的物理量。
矢量:一个既有大小又有方向特性的物理量,常用黑体字母或带箭头的字母表示。
矢量一旦被赋予“物理单位”,则成为一个具有物理意义的矢量,如:电场强度矢量E 、磁场强度矢量H 、作用力矢量F 、速度矢量v 等。
(2) 两个矢量A 与B 相加,其和是另一个矢量D 。
矢量D=A+B 可按平行四边形法则得到:从同一点画出矢量A 与B ,构成一个平行四边形,其对角线矢量即为矢量D 。
两个矢量A 与B 的点积是一个标量,定义为矢量A 与B 的与它们之间较小的夹角的余弦之积。
(3) 两个矢量A 与B 的叉积是一个矢量,它垂直于包含矢量A 和B 的平面,大小定义为矢量A 与B 的与它们之间较小的夹角的正弦之积,方向为当右手四个手指从矢量A 到B 旋转时大拇指的方向。
2:标量场的梯度(1)等值面: 标量场取得同一数值的点在空间形成的曲面,形象直观地描述了物理量在空间的分布状态。
对任意给定的常数C ,方程C z y x u ),,(就是等值方程。
(2)梯度的概念:标量场u 在点M 处的梯度是一个矢量,它的方向沿场量u 变化率最大的方向,大小等于其最大变化率,并记作grad u,即 grad u= e l |max直角坐标系中梯度的表达式为grad u=,标量场u 的梯度可用哈密顿算符表示为grad u=().u =(3)标量场的梯度具有以下特性:①标量场u 的梯度是一个矢量场,通常称▽u为标量场u 所产生的梯度场;②标量场u (M )中,再给定点沿任意方向l 的方向导数等于梯度在该方向上的投影;③标量场u (M )中每一点M 处的梯度,垂直于过该点的等值面,且指向u (M )增加的方向。
第二章电磁场根本规律一 选择题: 1.所谓点电荷是指可以忽略掉电荷本身的〔 C 〕A .质量B .重量C .体积D .面积2.电流密度的单位为〔 B 〕A .安/米3B .安/米2C .安/米D .安3.体电流密度等于体电荷密度乘以〔 C 〕A .面积B .体积C .速度D .时间4.单位时间通过某面积S 的电荷量,定义为穿过该面积的〔 B 〕。
A .通量B .电流C .电阻D .环流5.静电场中两点电荷之间的作用力与它们之间的距离〔 C 〕A .成正比B .平方成正比C .平方成反比D .成反比6.电场强度的方向与正试验电荷的受力方向〔 A 〕A .一样B .相反C .不确定D .无关7.两点电荷所带电量大小不等,放在同一电场中,那么电量大者所受作用力〔A 〕A .更大B .更小C .与电量小者相等D .大小不定8.静电场中试验电荷受到的作用力与试验电荷电量成( A )关系。
A.正比B.反比C.平方D.平方根9.在静电场中,D 矢量,求电荷密度的公式是〔 B 〕A .ρ=×DB .ρ=·DC .ρ=D D .ρ=2D10.一样场源条件下,均匀电介质中的电场强度值为真空中电场强度值的〔 D〕 A .ε倍 B .εr 倍C .倍ε1D .倍r1ε11.导体在静电平衡下,其部电场强度( B )A.为常数B.为零C.不为零D.不确定12.真空中介电常数的数值为( D )×10-9×10-10F/m×10-11×10-12F/m13.极化强度与电场强度成正比的电介质称为( C )介质。
A.均匀B.各向同性C.线性D.可极化14. 静电场中以D表示的高斯通量定理,其积分式中的总电荷应该是包括( C )。
A. 整个场域中的自由电荷B. 整个场域中的自由电荷和极化电荷C. 仅由闭合面所包的自由电荷D. 仅由闭合面所包的自由电荷和极化电荷15.电位移矢量D=0 E+P,在真空中P值为〔 D 〕A.正B.负C.不确定D.零16.真空中电极化强度矢量P为〔 D 〕。
《电磁场与电磁波》(第四版)习题集:第4章时变电磁场第4章时变电磁场在时变的情况下,电场和磁场相互激励,在空间形成电磁波,时变电磁场的能量以电磁波的形式进行传播。
电磁场的波动方程描述了电磁场的波动性,本章首先对电磁场的波动方程进行讨论。
在时变电磁场的情况下,也可以引入辅助位函数来描述电磁场,使一些复杂问题的分析求解过程得以简化。
本章对时变电磁场的位函数及其微分方程进行了讨论。
电磁能量一如其它能量服从能量守恒原理,本章将讨论电磁场的能流和表征电磁场能量守恒关系的坡印廷定理。
本章在最后讨论了随时间按正弦函数变化的时变电磁场,这种时变电磁场称为时谐电磁场或正弦电磁场。
4. 1 波动方程由麦克斯韦方程可以建立电磁场的波动方程,揭示了时变电磁场的运动规律,即电磁场的波动性。
下面建立无源空间中电磁场的波动方程。
在无源空间中,电流密度和电荷密度处处为零,即0ρ=、0=J 。
在线性、各向同性的均匀媒质中,E 和H 满足的麦克斯韦方程为t ε=?EH (4.1.1) tμ=-?HE (4.1.2) 0?=H (4.1.3) 0?=E (4.1.4)对式(4.1.2)两边取旋度,有()()tμ=-E H 将式(4.1.1)代入上式,得到22()0t με+=?EE利用矢量恒等式2()()=??-?E E E 和式(4.1.4),可得到2220tμε??-=?EE (4.1.5)此式即为无源区域中电场强度矢量E 满足的波动方程。
同理可得到无源区域中磁场强度矢量H 满足的波动方程为2220tμε??-=?H H (4.1.6)无源区域中的E 或H 可以通过求解式(4.1.5)或式(4.1.6)的波动方程得到。
在直角坐标系中,波动方程可以分解为三个标量方程,每个方程中只含有一个场分量。
例如,式(4.1.5)可以分解为222222220x x x xE E E E x y z tμε++-= (4.1.7) 222222220yyyyE E E E x y z t με++-= (4.1.8)222222220z z z zE E E E x y z t με++-= (4.1.9)在其它坐标系中分解得到的三个标量方程都具有复杂的形式。