首页/文章/ 详情

电磁场之静电场的基本方程&边界条件&电位函数-15

3月前浏览962
    在编辑文章内容时,不易编辑物理量符号及公式,对于符号或公式较多的段落,采用截图复 制的方式粘贴进来。  
    静态电磁场是电磁场的一种特殊形式。当场源(电荷、电流)不随时间变化时,所激发的电场、磁场也不随时间变化,称为静态电磁场。静止电荷产生的静电场、在导电媒质中恒定运动电荷形成的恒定电场以及恒定电流产生的恒定磁场都属于静态电磁场。由麦克斯韦方程组可以看出,当场量不随时间变化时,电场矢量满足的方程和磁场矢量满足的方程是相互独立的,也就是说在静态情况下,电场和磁场是各自存在的。  
    本章将分别介绍静电场、恒定电场和恒定磁场的分析方法,最后介绍静态场边值问题的接法。  

1 静电场的基本方程  

 
 

    基本方程表明静电场是有源(通量源)无旋场,静止电荷是产生静电场的通量源;电场线(电场强度矢量线)从正的静止电荷发出,终于负的静止电荷。

2 边界条件  

    在两种电介质的分界面上,电场强度矢量和电位移矢量满足的关系式为:  
 
    上式表明电场强度的切向分量是连续的,在两种媒质的分界面上存在自由面电荷分布时,电位移矢量的法向分量时不连续的。  

    若分界面上不存在面电荷,则:

 
 

3 电位函数  

3.1 电位和电位差  
 
 
 
 

    可得到点电荷q产生的电场的电位函数为:式中C为任意常数。

 
    应用叠加原理,根据上式可得到点电荷系、线电荷、面电荷以及体电荷产生的电场的电位函数分别为:  
 
 
 
 

3.2 静电位的微分方程

 
 
 
 
 
 
 
 

    若分界面上不存在自由面电荷,则上式变为:

 
    若第二种媒质为导体,因达到静电平衡后导体内部的电场为零,导体为等位体,故导体表面上,电位的边界条件为:  
 

4 电偶极子的电位 

 
图1 电偶极子  
 
 
 
 
    应用球面坐标系中的梯度公式,可得到电偶极子的远区电场强度:  
 

    显然此处的运算比2.2.2节中直接计算电场强度要简单的多。

5 均匀电场的电位分布

 

6 两块无限大平行板之间的电位和电场

 
 
图2 两端无限大平板  

    在两块无限大接地导体平板之间,除x=b处有均匀电荷分布之外,其余空间均无电荷分布,故电位函数满足一维拉普拉斯方程:

 

 来源:电机设计青年

Creo电场电机
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2026-07-08
最近编辑:3月前
电机设计青年
硕士 签名征集中
获赞 130粉丝 362文章 103课程 12
点赞
收藏
作者推荐
未登录
还没有评论
课程
培训
服务
行家
VIP会员 学习计划 福利任务
下载APP
联系我们
帮助与反馈