当前课程知识点:电动力学(上) >  第二章 静电场和稳恒电流的电磁场 >  2.8 稳恒电流的电场 >  例1

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下一节:例2

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例1课程教案、知识点、字幕

这个就是我们现在

把这个问题里面的方程

基本都列下来了

我们下面说一下一般的情况

假定这是一个导电的介质

这个电导率是γ1

然后它被放在

另外一个导电的介质外面

包在外面是γ2第二种

然后这有两个电极

中间通过一个电池

相当于这是电池的一端

正极这是负极

我们的电极我们是取成

是所谓的理想导体

我们要求这个电极外面

这个γ1里面

和γ2区域里面的电场

基本上这是一个

我们通常的来去

求这个稳恒电流的电场里面

一个典型的问题

在这里面

在第一个区里面

和第二个区里面的电场叫E1

第二个叫E2

都是旋度为零静电场

然后在第一个区里面

和第二个区里面

这个区里面的电场

是没有非静电力的

非静电力是实际上

是缩在电极里面

通过电极的连线在电池里面

所以在第一个区

和第二个区里面的

原来的替代的非静电力都等于零

按我们刚才的这个关系式

这边就是等于零

所以就是这个方程

这是替代了原来的

D1的散度和D2的散度等于零

在边界上

这个方程换到边界上

大家还记得

如果是D的散度是等于零

它的边界上的那个法向

对应的边界条件就是D1n等于D2n

现在把D换成这个量

就换成

所以它就是它的法向上的分量

γ1乘上第一个区的

边界上的这个电场的法向分量

等于第二个区的γ2

乘上它的法向分量

这个式子

实际上这个式子是什么

因为这个乘上它

按欧姆定律正好是电流流过的

就是垂直通过去

如果是切向的那个电流

是通不过那个界面的

通过界面的就是它的法向的

所以这是说

实际上是电流连续条件

就是你多少电量单位时间过去

我是介质这边介质那边

都是一样的 对不对

这是在界面上不累积电荷

就是说如果说它流过去以后

流过去的不一样

它就在界面上要累积

那界面上的电荷

就会随着时间变化

那就不是一个

我们说的不随时间变化的系统

如果是连续的过去

单位时间这么多进来

那就单位时间这么多出去

所以这个就是

实际上是电流连续的条件

还有一个

就是对应于旋度等于零的

就是电场的切向连续

所以在这个里面用的方程

里面的方程边界条件

就是这两个界面上的

边界条件就是这两个

然后这里面的方程

两个中间体积的方程就是这些

从这个里面看

这个γ1γ2就起到

原来我们前面几节讨论的

静电场的绝缘介质里面的

就是起的是ε1ε2的这个作用

对应的无论是边界条件还是方程

就起的ε1ε2的作用

它告诉我们

如果是电场的旋度等于零

我们就可以引入电势对不对

E等于负的梯度Φ

把这个电势引进来

这两个方程就恒满足了

这两个方程就变成是这个样

这两个方程就写的就是

如果是均匀的

这个就拿掉了

就是1的 第一个的散度

那就是拉普拉斯方程

对这个电势

第二个区的

第一个区的第二个区的

拉普拉斯方程

那么这个式子

就变成电势是连续的条件

我们说只要界面上

原来是说没有偶极层的情况

就是电势是连续的 是这样

然后还要有

这是在这个界面上和在这个中间

还有电极上

还有无穷远的这么一个体系

在电极上我们电极是认为

也是导体也是导电的

但是电极

我们通常选的是理想导体

就是它的电导率是无穷大

电导率无穷大什么意思

这个电极还不是电池里面

是电池的外面的头

所以在电极上

这个E'也是等于零

这个欧姆定律还是这个样子

这个是无穷大

我们要求它的电流是有限

那它只有这个电场是等于零

所以在电极上

这个里面

这个电场强度是等于零的

就跟我们前面讨论的

说静电的时候

导体

实际上前面讨论都是理想导体

理想导体的时候

里面的电场是为零

因为电场不为零

说那个电荷老在运动

现在我们是说

这个导体里电荷可以运动

但是是要维持一个稳恒的运动

一直在有

但是在电极里面

因为电导率是无穷大

你要保证电流是有限的话

电场必须是零

所以在这里面电极上电场为零

那它就是一个等势体

就跟我们以前说的那个导体一样

所以这两个电极是等势体

这两个等势体

你要么去选第一类边界条件

就是知道它的电势分别的电势

这是第一类

要么是我们说导体

要么就知道它的通量

电荷 包含的总电量

因为这是电极

电荷从这边流进来从那边流出来

所以我们习惯一种

是像第一类边界条件

就是一个选成是电势是零

一个是反正知道一个电压差

就是正极和负极的电压差

这是第一类边界条件

这是把两个的

绝对的电势都知道了

这个只知道电压差

还少一个参数

就是它们的电荷

一个是流进来一个是流出去

一个是差一个负号

反正是知道通常选

这两个选一个条件

然后无穷远

同样电势还是自然边界条件

这个就是电势是r分之一

电场强度是r平方分之一

我们就说由这个方程 里面的方程

这两个介质交界面的边界条件

还有电极的边界条件

然后加上无穷远自然边界条件

这里面的解就可以

原则上就可以定下来

实际上唯一性定理就可以

就说它的解是

电场强度解是唯一的

算出来的电场强度

你再代到原来的电势

就可以把这个导体上

各处的电荷分布

还有这个界面上的电荷分布

这都可以通过这些方程

边界条件就可以倒推出来的

这个不是真的去算这个题

只是说把这个题的方程

应该怎么列

每个地方该怎么考虑

都给列出来了

这个形状也是任意的

当然你说解析的解

只有在这些形状很特殊的情况

我们才能解析的解

电动力学(上)课程列表:

绪论

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第零章 数学准备

-0.1 矢量分析

--矢量的直观定义

--矢量间的点乘

--矢量间的叉乘

--三角形的边与角

--空间转动与矢量

--张量的推广与各向同性张量

-0.2 场论

--场的定义

--场的微分性质

--梯度的线积分

--散度的体积分

--旋度的面积分

-0.3 δ函数

--一维空间δ函数

--三维空间δ函数

-0.4 曲线坐标

--柱坐标

--球坐标

-0.5 亥姆霍兹定理

--亥姆霍兹定理

-第零章 数学准备--0.6第零章作业

第一章 电磁现象的普遍规律

-1.1 电磁相互作用的源和场与真空中的基本实验定律

--电磁相互作用的源

--真空中的基本实验定律

--电磁相互作用的场

-1.2 真空中电磁相互作用的场方程

--麦克斯韦方程组的积分形式

--麦克斯韦方程组的微分形式

-1.3介质中电磁相互作用的场方程

--物质的电磁性质

--极化电荷与磁化电荷

--物质中的电磁场方程

--电磁场的边值关系

-1.4电磁相互作用能量动量的转化与守恒

--场和电荷系统的能量转化与守恒定律的一般形式

--能量转化与守恒-能量密度、能流密度与洛伦兹力

--动量转化与守恒

--电磁能量传输

--张量力与辐射压力

--角动量守恒与磁单极、电荷量子化

-第一章 电磁现象的普遍规律--1.5第一章作业

第二章 静电场和稳恒电流的电磁场

-2.1 静电势及其微分方程

--电势及其满足的微分方程

--非极值定理

-2.2 唯一性定理及其应用

--静电唯一性定理

--有导体存在时的唯一性定理

--有导体存在时唯一性定理举例

-2.3 拉普拉斯方程-分离变量法

--齐次与非齐次方程

--球坐标,柱坐标

--球坐标例1

--柱坐标例1

--球坐标例2

--柱坐标例2,球坐标例3

-2.4 镜像法

--基本思想

--例1、2、3

--例4

--例5

-2.5 保角变换

--二维场论

--二维拉普拉斯方程

--例子

-2.6 格林函数

--一般情况

--边值问题

--例子

-2.7 静电场的能量

--静电场的能量

--相互作用能

--汤姆森定理

-2.8 稳恒电流的电场

--恒定电流的电场

--例1

--例2

-2.9 稳恒电流的磁场

--矢量势及其方程

--稳恒电流磁场的能量

-2.10 磁场问题的一般解法

--无传导电流无剩磁

--无传导电流有剩磁

--有传导电流

--磁镜像法

-2.11 多极展开

--一般讨论

--电势的多极展开,电多极矩

--带电体在外场中的能量,受力和力矩

--矢量势的多极展开,磁多极矩

-第二章 静电场和稳恒电流的电磁场--2.12第二章作业

例1笔记与讨论

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