1、Energy and Energy Flow of Electromagnetic Field 能量：能量：物質(zhì)運(yùn)動強(qiáng)度的量度，表示物體物質(zhì)運(yùn)動強(qiáng)度的量度，表示物體做功做功的物理量的物理量。主要形式：機(jī)械能、熱能、化學(xué)能、電磁能、原子能。主要形式：機(jī)械能、熱能、化學(xué)能、電磁能、原子能。 能量守恒與轉(zhuǎn)化：能量守恒與轉(zhuǎn)化：能量在不同形式之間可以相互轉(zhuǎn)化，但總能量在不同形式之間可以相互轉(zhuǎn)化，但總量保持不變。量保持不變。 電磁能的特點(diǎn)：電磁能的特點(diǎn)：電磁場作為一種物質(zhì)，具有能量和動量，電電磁場作為一種物質(zhì)，具有能量和動量，電磁場彌散于全空間，電磁能也應(yīng)彌散于全空間。磁場彌散于全空間，電磁能也應(yīng)彌散于全

2、空間。 認(rèn)識一種新物質(zhì)的能量從認(rèn)識一種新物質(zhì)的能量從能量轉(zhuǎn)化能量轉(zhuǎn)化入手入手 熱能：熱能：從機(jī)械能轉(zhuǎn)化認(rèn)識熱能并得到熱能的量度。從機(jī)械能轉(zhuǎn)化認(rèn)識熱能并得到熱能的量度。 電磁能：電磁能：從電磁場對帶電體系做功來認(rèn)識電磁能。從電磁場對帶電體系做功來認(rèn)識電磁能。電磁場具有做功的能力電磁場具有做功的能力-能量能量電磁場的能量分布在電磁場所在的空間區(qū)域電磁場的能量分布在電磁場所在的空間區(qū)域 能量隨電磁場的運(yùn)動而傳遞能量隨電磁場的運(yùn)動而傳遞考慮一定區(qū)域中電磁場力對其中“自由”荷電物質(zhì)作功，此功將轉(zhuǎn)變成“自由”荷電物質(zhì)的機(jī)械能，根據(jù)能量守恒場對物質(zhì)作功場能量的增加流入?yún)^(qū)域的能量? 把場力作功表達(dá)成電磁場量，

3、就可能獲得場能量的合理表達(dá)式(1) 場的能量密度場的能量密度：單位體積的能量單位體積的能量w(2) 場的能流密度場的能流密度：單位時(shí)間垂直流過單位橫截面的能量單位時(shí)間垂直流過單位橫截面的能量S電磁場能量概念的引入rdfdW場對電荷所作的場對電荷所作的功功為為：dVrdfWV內(nèi)場的能量增加率為：內(nèi)場的能量增加率為：場對電荷單位時(shí)間所作的功為場對電荷單位時(shí)間所作的功為(功率功率)：vfdtrdfdPdVvfPVwdVdtdVdwdVdtSS ddWdtSVJ,通過界面通過界面S流入流入V內(nèi)的能量為：內(nèi)的能量為：SdSVVSwdVdtddVvfdS能量守恒定律能量守恒定律vftwSwdVdtddVv

4、fVdwdVdtSS ddWdtSV,J 0wSt 帶電體受電磁場的洛倫茲力帶電體受電磁場的洛倫茲力( (力密度力密度) )JEvEvBvvEvfBvEBJEftDEHEJEtDJH 利用利用tHEHHHEtBHtDJEvfHEtBHHEEHHEStwvftDEHEJE()()()abcbaccab HES能流密度：能流密度：tBHtDtw能量密度變化率：能量密度變化率：Poynting 矢量矢量討論：討論： ( () ) 真空中電荷分布真空中電荷分布00,/DEHB01PSEB220011()2wEB真空的能量等于零？真空的能量等于零？DBwf vE JHEHSttt ( () ) 介質(zhì)內(nèi)的

5、電磁能量和能流介質(zhì)內(nèi)的電磁能量和能流自由電荷自由電荷PE J 束縛電荷束縛電荷( ),PP E ()MM H電磁場電磁場動能或焦耳熱動能或焦耳熱極化能或磁化能、介質(zhì)損耗極化能或磁化能、介質(zhì)損耗BHDw介質(zhì)中介質(zhì)中場能量的改變：場能量的改變：Jv介質(zhì)的極化和磁化PSEH線性各向同性介質(zhì)：線性各向同性介質(zhì)：,DEBH1()2wE DH B1PSEBJevnev23310/ncm191.6 10eC6210/JA m5 6 10/vm s電子運(yùn)動的能量并不是供給負(fù)載上消耗的能量電子運(yùn)動的能量并不是供給負(fù)載上消耗的能量例例：同軸傳輸線內(nèi)導(dǎo)線半經(jīng)為：同軸傳輸線內(nèi)導(dǎo)線半經(jīng)為 a a ，外半經(jīng)為，外半經(jīng)為

6、b b，兩導(dǎo)線間為，兩導(dǎo)線間為 均勻絕緣介質(zhì)導(dǎo)線載有電流均勻絕緣介質(zhì)導(dǎo)線載有電流，兩導(dǎo)線間的電壓為，兩導(dǎo)線間的電壓為（）忽略導(dǎo)線（）忽略導(dǎo)線電阻電阻，計(jì)算介質(zhì)中的，計(jì)算介質(zhì)中的能流能流和和傳輸功率傳輸功率；（）計(jì)及內(nèi)導(dǎo)線的（）計(jì)及內(nèi)導(dǎo)線的有限電阻率有限電阻率，計(jì)算通過內(nèi)導(dǎo)線表面進(jìn)入，計(jì)算通過內(nèi)導(dǎo)線表面進(jìn)入 導(dǎo)線的能流，證明它等于導(dǎo)線的損耗功率導(dǎo)線的能流，證明它等于導(dǎo)線的損耗功率HE解解：（）：（）,2IHr2rEr224PrzzISEHE H eer 電磁場能量沿導(dǎo)線傳輸電磁場能量沿導(dǎo)線傳輸ln2brabUE dra212 lnPzUISebra12lnbbPPaaUIPSdSSrdrdrUI

7、bra22zrIEer ra（）（）在導(dǎo)線內(nèi)：在導(dǎo)線內(nèi)：2/izIEJea21()0nEE22zrIEer ra在導(dǎo)線內(nèi)表面：在導(dǎo)線內(nèi)表面：223|2rzr aISE Ha 222232222rIlPSa la lII Raa 同軸傳輸線能流圖像若內(nèi)導(dǎo)體為理想導(dǎo)體，內(nèi)部無電場，無能流0inininSEHHE? 內(nèi)導(dǎo)體存在適當(dāng)?shù)谋砻骐姾桑a(chǎn)生電場? 內(nèi)導(dǎo)體通過電流，產(chǎn)生磁場內(nèi)導(dǎo)體外部電場磁場垂直，能流平行于導(dǎo)體表面outoutoutoutoutzSEHEHe若內(nèi)導(dǎo)體非理想導(dǎo)體，內(nèi)部有電場，有能流0inininSEH內(nèi)導(dǎo)體外部電場磁場不嚴(yán)格垂直，能流進(jìn)入導(dǎo)體表面? 電磁場能流不沿導(dǎo)體流動電流導(dǎo)線電磁能進(jìn)入方式導(dǎo)線外部? 由側(cè)面進(jìn)入的能流提供導(dǎo)線的歐姆消耗02IBerra導(dǎo)線內(nèi)部2zJIEeara外邊界