工程电磁场复习提纲及考点

工程电磁场复习提纲及考点

第一部分：电磁场的数学工具和物理模型 来源：工程电磁场原理教师手册

场的概念；场的数学概念；矢量分析；

数学工具：在不同坐标系下的数学描述方法；巩固标量场梯度的概念和数学描述方法；掌握散度在直角坐标系下的表达形式；掌握旋度在直角坐标系下的表达形式；强调几个矢量分析的恒等式：V0（任何标量函数梯度的旋度恒等于零）；(A)0（任意矢量函数旋度的散度恒等于

AAA；(A)AA；VV。零）；

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亥姆霍兹定理推导出：无旋场（场中旋度处处为零），但散度不为零；无散场（无源场）：场中散度处处为零，但其旋度不为零；一般矢量场：场中散度和旋度均不为零。无限空间中的电磁场作为矢量场F(r)按定理所述，其特性取决于它的散度和旋度特性，而用公式可以表示为：

F(r)(r)A(r)'F(r')，其中标量函数(r)41dV'，rr'V'F(r')矢量函数A(r)41dV'，由此可见，无限空间rr'V中的电磁场F(r)唯一地取决于其散度和旋度的分

布。

散度定理——高斯定理；旋度定理——stokes定理

第二部分：静态电磁场——静电场 掌握电场基本方程，并理解其物理意义。 电场强度E与电位的定义以及物理含义；理解静电场的无旋性，及电场强度的线积分与路径无关的性质，以及电场强度与电位之间的联关系。

掌握叠加原理，对自由空间中的静电场，会应用矢量分析公式计算简单电荷分布产生的电场强度与电位；对于呈对称性分布的特征的场，能熟练地运用高斯定理求解器电场强度与电位分布。

了解媒介（电介质）的线性、均匀和各向同性的含义；了解电偶极子、电偶极矩的概念及其电场分布的特点。了解极化电荷、极化强度P的定义及其物理意义。连接通过极化电荷求极化电场分布的积分形式。

理解电位移矢量D的定义，以及D、E和P三者之间的关系。对电介质中的静电场，会求解其相应对称的场的分布。

掌握电位所满足的偏微分方程（泊松方程和拉普拉斯方程），以及E、D和在不同媒介分界面上的衔接条件，能写出典型静电场问题所对应的数学模型——边值问题，并能求出一维边值问题的解，以及运用分离变量法求出在直接坐标系下二维边值问题的解。

理解边值问题解的唯一性定理。

掌握镜像法。能应用镜像法求解与圆柱、平板、球形导体相关，或以平面为界面的两种无限大的介质中的静电场问题。

掌握电容参数计算的原则与方法。了解多导体系统的部分电容、工作电容的概念。理解静电屏蔽概念。

理解电场能量及能量密度的概念，掌握具有对称性场分布的电场能量及其能量密度的计算方法。

掌握基于电场强度定义公式的电场力的求取方法。理解广义力和广义坐标的概念、能量与力之间的功能平衡关系。会应用虚位移法求电场力。了解法拉第计算力的观点，并根据场图分析受力情况。

教学内容的体系框架：

麦克斯韦E(r,t),D(r,t)E(r),D(r) 位函数的基本方程： 静电场的基本方程组： DdSdV、D SVE0Er Edl0、l不同媒介分界面上的边界条件： 0122121nn2 场分布E、的分自由空间中的电场： E电介质中的电场： 对称场—电介质、直接积分公一般数学模型的构直接求解法：泛定间接求解法：镜特征场量（能量、力、1DEdV；Wq；静电场能量：W1电场力：22neekkVk1FqE；Fqq'ˆe2r4r；FWegkCWegqkC；F纵张力F侧压力DEqC；… ；电容与部分电容：2U

第三部分：静态电磁场——恒定电流的电场和磁场

恒定电场：

理解电流密度J的定义、欧姆定律的微分形式及电功率密度（焦耳-楞次定律的微分形式）的概念。

理解电荷守恒定律及电流连续性原理。 掌握恒定电流场的基本方程，并理解其物理意义。

掌握电位所满足的微分方程（拉普拉斯方程）以及E、J和在不同媒介分界面上的衔接条件，能写出典型恒定电流场的边值问题，并能求其解答。

理解静电比拟原理，构成相似问题的条件，及对应物理量和参数之间的关系。能应用静电比拟方法，了解恒定电流场中的镜像法。

理解电导的定义，掌握其计算原则。了解接地、接地电阻的概念（会计算简单形状的接地器的接地电阻与跨步电压）。

恒定磁场：

掌握恒定磁场的基本方程并理解其物理意义。 理解结合亥姆霍兹定理应用所给出的磁感应强度B与矢量磁位A的定义及其应用价值。掌握比奥萨瓦定律。理解磁通连续性原理。

掌握叠加原理。对自由空间中的恒定磁场，会应用矢量积分公式计算规则电流（线、面、体电流）分布产生的磁场感应强度与矢量磁位；对于呈对称分布特征的场，能熟练运用安培环路定律，求解其磁感应强度的分布。

了解标量磁位的概念及多值性。

了解媒介磁化及相应的磁性媒介分类的概念。了解磁偶极子、磁偶极矩的概念及其磁场分布的特点。了解磁化强度M的定义，及磁化电流的概念。了解通过磁化电流求解磁化场分布的积分公式。 理解磁环强度H定义，以及B、H与M三者之间的关系。对媒介中的磁场，理解B、H、A和在不

m同媒介分界面上的衔接条件。会求解具有相应对称性的场分布，并字啊掌握矢量磁位所满足的微分方程（泊松方程和拉普拉斯方程）以及标量磁位所满足的微分方程（拉普拉斯方程）的基础上，

能写出典型恒定磁场问题所对应的数学模型——边值问题，并能求解出一位边值问题的解，且能运用分量变量法求解二维边值问题。

掌握恒定磁场中的镜像法。

理解磁链的概念。掌握自感L、互感M的定义及其计算方法。

理解磁场能量及能量密度的概念，掌握具有对称性分布特征的磁场能量及其能量密度的计算方法。

会应用安培力、洛仑兹力计算公式，虚位移法及法拉第观点求解磁场力，并能根据场图分析受力情况。

教学体系框架：

麦克斯韦E(r,t),B(r,t),H(r,t)E(r),B(r),H(r) 恒定电流的电基本方程组： JSc恒定电流 位函数的基本方程： 122121nndS0、Jc0E0Er Edl0、l不同媒介分界面上的边界条件： 场分布E、的分静电比拟 特征场量（功率消耗、焦耳-楞次定律： 电导

基本方程组： 矢量磁位的HdlJcdSSlBdS0S无电流区：Hm 基本方程： m(r) HJcB0BAA(r)BH 媒介线性、均标量磁位的基本方程： 2AJ库仑不同媒介分界面上规的边界条件 H1tH2tKB1nB2n 1m1m21n12n2nn 1(A1)12(A2)K A1A2 m场分布B、H、A或的自由空间中的磁场： B,A媒介中的磁场： 对称场—安培环路定律 边值直接积分公式 直接求解法：泛间接求解

场特征量（能量、力、磁场能量 Wm12HBdV V12nWmIkk k11n1nnW2m2LkIk2MkhIkIh(hk)k1k1h1W1m2VAJdV 电感（自感、互感）： 自感L（内自 感L、外自感

磁场力： dFdq(VB) dFIdlB FWmmgIkCWgkCF纵张力F侧压力BH/2

考试题型：

填空题：20分 共5题，每题4分 简答题：30分 共5体，每题6分 计算题：50分 共5体，每题10分 填空：1 边界条件 2 场的基本性质

3 麦克斯韦方程组（或意义）量形式 视情况定 4 磁场受力

5平行输电线的电感电容 简答：1 矢量运算工具 2 计算电感电容步骤 3 波音频矢量

尽量用矢

4 矢量（6章） 5 静电比拟 计算：1 计算电场强度 2 计算电感与电容

3 计算对称电荷分布电场强度 4 5 6 （6-6）

计算磁场弧度分布 计算位移电流（6-2） 可能出现的证明题

证明焦耳功率和坡印廷矢量的关系