環(huán)保專業(yè)知識(shí)輔導(dǎo)之電磁場(chǎng)基本原理(1)

　　復(fù)習(xí)要求：

　　1、熟悉電磁場(chǎng)機(jī)理;了解電磁耦合途徑。

　　2、了解電力系統(tǒng)、電氣化鐵道、電磁發(fā)射系統(tǒng)產(chǎn)生電磁污染的機(jī)理和特性。

　　3、了解電磁污染的主要危害。

　　一、靜電場(chǎng)

　　電荷周圍存在著一種特殊形式的物質(zhì)，稱為電場(chǎng)。相對(duì)于觀察者為靜止的且其電量不隨時(shí)間而變的電荷所產(chǎn)生的電場(chǎng)，稱為靜電場(chǎng)。

　　1、庫(kù)侖定律：在真空中兩點(diǎn)電荷間相互作用力與兩電荷間乘積成正比，與電荷間距離的平方成反比;力的方向沿電荷之間的連線或延長(zhǎng)線，同性電荷相互排斥而異性電荷相互吸引。

　　2、電場(chǎng)強(qiáng)度

　　已知電場(chǎng)強(qiáng)度可以計(jì)算電荷 在電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力 多個(gè)(n個(gè))點(diǎn)電荷在真空中建立的電場(chǎng)強(qiáng)度為 真空中有限長(zhǎng)直線段 上均勻分布著密度為 的電荷，計(jì)算帶電線外任一點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度。

　　如果帶電直線為無(wú)限長(zhǎng)，則 ， 。 描述電場(chǎng)的物理量還有電勢(shì)(電位)，場(chǎng)強(qiáng)是矢量計(jì)算復(fù)雜，電勢(shì)是標(biāo)量。試驗(yàn)電荷 在靜電場(chǎng)中沿某一路徑從一點(diǎn) 移到另一點(diǎn) 時(shí)，電場(chǎng)力所做的功 。 點(diǎn)和 點(diǎn)的電壓為 。靜電場(chǎng)中兩點(diǎn)間的電壓，等于由一點(diǎn)至另一點(diǎn)移動(dòng)單位正電荷時(shí)電場(chǎng)力所做的功。

　　靜電場(chǎng)中任意兩點(diǎn)間的電壓與所取路徑無(wú)關(guān)。討論點(diǎn)電荷的電場(chǎng)。

　　， 兩點(diǎn)間的電壓只與 點(diǎn)和 點(diǎn)的位置有關(guān)，而與所取路徑無(wú)關(guān)。因?yàn)槿魏坞姾煞植级伎梢园阉鼈兎殖稍S多點(diǎn)電荷的元電荷。將每個(gè)元電荷所建立的電場(chǎng)進(jìn)行疊加，合成電場(chǎng)也必具有這一性質(zhì)。即電場(chǎng)強(qiáng)度的環(huán)路積分恒等于零。 電場(chǎng)強(qiáng)度的環(huán)路線積分為零。這就是靜電場(chǎng)環(huán)路定理。在靜電場(chǎng)中沿任一閉合環(huán)路移動(dòng)單位正電荷一周，電場(chǎng)力所做的功為零。沿任一閉合環(huán)路運(yùn)動(dòng)，功或能量是守恒的，故靜電場(chǎng)是守恒場(chǎng)。

　　3、電位

　　由靜電場(chǎng)的環(huán)路定理，可以定義一個(gè)表征靜電場(chǎng)特性的標(biāo)量場(chǎng)量電位，符號(hào)為 ， 為電位參考點(diǎn)。 為 點(diǎn)相對(duì)于 點(diǎn)的電位，或稱 點(diǎn)的電位，或電勢(shì)。電位是單值函數(shù)。

　　取無(wú)限遠(yuǎn)為電勢(shì)零點(diǎn)，則 靜電場(chǎng)中，兩點(diǎn)間的電壓就是這兩點(diǎn)的電位差。

　　真空中一個(gè)點(diǎn)電荷 電位 G為格林函數(shù)，表示單位正電荷所建立的電位。

　　電場(chǎng)強(qiáng)度和電位的關(guān)系 即電場(chǎng)強(qiáng)度在 方向的分量等于電位在該方向的空間偏導(dǎo)數(shù)并加以負(fù)號(hào)。直角坐標(biāo)系中

　　定義 ，稱為哈密頓算符(讀作“del”或 “納布拉”)。

　　稱為電位梯度。電位相等的點(diǎn)所形成的面稱為等位面， 垂直等位面， 的大小等于 在等位面法線方向的分量 ， 大于 在其他方向的分量。電位梯度是電位在各方向中最大的空間偏導(dǎo)數(shù)或最大的空間變化率。電場(chǎng)強(qiáng)度的數(shù)值等于這種最大的電位空間變化率，電場(chǎng)強(qiáng)度指電位降的方向，而電位梯度指電位升的方向。

　　4、電偶極子

　　一對(duì)等量異號(hào)的電荷 相距一個(gè)小的距離 ，稱為電偶極子。研究遠(yuǎn)離電偶極子的場(chǎng)，即 。任一點(diǎn)處的電位 ，可以寫為 。令矢量 ，其數(shù)值等于乘積 ，方向由 指向 ，稱為電偶極子的電矩，簡(jiǎn)稱電偶極矩。這樣有

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