环保专业知识辅导之电磁场基本原理(1)

　　复习要求：

　　1、熟悉电磁场机理;了解电磁耦合途径。

　　2、了解电力系统、电气化铁道、电磁发射系统产生电磁污染的机理和特性。

　　3、了解电磁污染的主要危害。

　　一、静电场

　　电荷周围存在着一种特殊形式的物质，称为电场。相对于观察者为静止的且其电量不随时间而变的电荷所产生的电场，称为静电场。

　　1、库仑定律：在真空中两点电荷间相互作用力与两电荷间乘积成正比，与电荷间距离的平方成反比;力的方向沿电荷之间的连线或延长线，同性电荷相互排斥而异性电荷相互吸引。

　　2、电场强度

　　已知电场强度可以计算电荷 在电场中受到的电场力 多个(n个)点电荷在真空中建立的电场强度为 真空中有限长直线段 上均匀分布着密度为 的电荷，计算带电线外任一点电场强度。

　　如果带电直线为无限长，则 ， 。 描述电场的物理量还有电势(电位)，场强是矢量计算复杂，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。

　　静电场中任意两点间的电压与所取路径无关。讨论点电荷的电场。

　　， 两点间的电压只与 点和 点的位置有关，而与所取路径无关。因为任何电荷分布都可以把它们分成许多点电荷的元电荷。将每个元电荷所建立的电场进行叠加，合成电场也必具有这一性质。即电场强度的环路积分恒等于零。 电场强度的环路线积分为零。这就是静电场环路定理。在静电场中沿任一闭合环路移动单位正电荷一周，电场力所做的功为零。沿任一闭合环路运动，功或能量是守恒的，故静电场是守恒场。

　　3、电位

　　由静电场的环路定理，可以定义一个表征静电场特性的标量场量电位，符号为 ， 为电位参考点。 为 点相对于 点的电位，或称 点的电位，或电势。电位是单值函数。

　　取无限远为电势零点，则 静电场中，两点间的电压就是这两点的电位差。

　　真空中一个点电荷 电位 G为格林函数，表示单位正电荷所建立的电位。

　　电场强度和电位的关系 即电场强度在 方向的分量等于电位在该方向的空间偏导数并加以负号。直角坐标系中

　　定义 ，称为哈密顿算符(读作“del”或 “纳布拉”)。

　　称为电位梯度。电位相等的点所形成的面称为等位面， 垂直等位面， 的大小等于 在等位面法线方向的分量 ， 大于 在其他方向的分量。电位梯度是电位在各方向中最大的空间偏导数或最大的空间变化率。电场强度的数值等于这种最大的电位空间变化率，电场强度指电位降的方向，而电位梯度指电位升的方向。

　　4、电偶极子

　　一对等量异号的电荷 相距一个小的距离 ，称为电偶极子。研究远离电偶极子的场，即 。任一点处的电位 ，可以写为 。令矢量 ，其数值等于乘积 ，方向由 指向 ，称为电偶极子的电矩，简称电偶极矩。这样有

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