物理
为什么在回路中各元件电压不均,为什么各元件中电场强度不均匀呢?其实我就是想知道如此分配电压的物理本质是什么,书上直接就写欧姆定律啊那些公式,跟前面的电场磁场所学的知识联系到底是什么?第二个说的我也知道,就是感觉欧姆定律那些公式都是经验公式,通过实验总结的,我想知道这些怎么从电场电磁的基本公式证明,不需要精确数学证明,只要说下大概是怎么来的。

2019-04-19

为什么在回路中各元件电压不均,为什么各元件中电场强度不均匀呢?
其实我就是想知道如此分配电压的物理本质是什么,书上直接就写欧姆定律啊那些公式,跟前面的电场磁场所学的知识联系到底是什么?第二个说的我也知道,就是感觉欧姆定律那些公式都是经验公式,通过实验总结的,我想知道这些怎么从电场电磁的基本公式证明,不需要精确数学证明,只要说下大概是怎么来的。
优质解答
电路理论是用麦克斯韦方程组在某些条件下的近似.
麦克斯韦方程组可以描述自然界一切电磁现象,其本质是:电场随空间的变化正比于磁场随时间的变化,电场随时间的变化正比于磁场随空间的变化.
麦克斯韦方程组包括以下内容:法拉第电磁感应定律(电场E的旋度等于磁感应强度B随时间变化的负数);安培环路定理(即全电流定律,磁场强度H的旋度等于位移电流密度J加上电位移矢量D对时间的变化率);磁通连续性原理(B的散度为0,即磁感应线是闭合曲线);高斯定理(D的散度等于束缚电荷密度);材料的边界条件.
每种材料都有以下几个参数:介电常数epsilon【希腊字母打不出来】、磁导率u(读作miu)、电导率cigma.其中,D=epsilon*E,B=u*H,J=cigma*E,电阻率就是电导率的倒数.
在材料的分界面,由于E和B都是矢量,所以各自可以分解成垂直于分界面的和平行于分界面的两部分.E和H的平行分量在分界面的两侧是不变的,B和D的垂直分量在分界面的两侧是不变的,据此可以求出空间的电场分布和磁场分布,进而可以求出电流密度分布.
电路理论中,最重要的定律叫做基尔霍夫定律,有以下两点:
(1)电路中任何一节点在任一时刻的流入电流等于流出电流;
(2)在一致参考方向下,电路中任何一个闭合回路中所有元件的电压和为0.
基尔霍夫定律适用于集中参数电路,所谓集中参数电路就是电路的尺寸远远小于电压的波长(对于交流电)集中参数电路可用线性方程与常微分方程描述.如果电路尺寸与电压的波长可比,而各元件(包括电阻、电容、电感等,但不包括导线)的尺寸仍远小于波长,那么就需要使用分布参数电路,分布参数电路需要求解电压和电流的时间和空间的分布,用偏微分方程描述;如果电路中元件的尺寸与波长可比,就只能用电磁场理论(即麦克斯韦方程组)进行求解.
欧姆定律的提出早于麦克斯韦方程组,因为那个时候是电与磁分开研究的,直至奥斯特发现电流的磁效应以及法拉第发现电磁感应,人们才意识到电与磁是不可分的;麦克斯韦总结了前人的成果,提出了麦克斯韦方程组.
电路理论是用麦克斯韦方程组在某些条件下的近似.
麦克斯韦方程组可以描述自然界一切电磁现象,其本质是:电场随空间的变化正比于磁场随时间的变化,电场随时间的变化正比于磁场随空间的变化.
麦克斯韦方程组包括以下内容:法拉第电磁感应定律(电场E的旋度等于磁感应强度B随时间变化的负数);安培环路定理(即全电流定律,磁场强度H的旋度等于位移电流密度J加上电位移矢量D对时间的变化率);磁通连续性原理(B的散度为0,即磁感应线是闭合曲线);高斯定理(D的散度等于束缚电荷密度);材料的边界条件.
每种材料都有以下几个参数:介电常数epsilon【希腊字母打不出来】、磁导率u(读作miu)、电导率cigma.其中,D=epsilon*E,B=u*H,J=cigma*E,电阻率就是电导率的倒数.
在材料的分界面,由于E和B都是矢量,所以各自可以分解成垂直于分界面的和平行于分界面的两部分.E和H的平行分量在分界面的两侧是不变的,B和D的垂直分量在分界面的两侧是不变的,据此可以求出空间的电场分布和磁场分布,进而可以求出电流密度分布.
电路理论中,最重要的定律叫做基尔霍夫定律,有以下两点:
(1)电路中任何一节点在任一时刻的流入电流等于流出电流;
(2)在一致参考方向下,电路中任何一个闭合回路中所有元件的电压和为0.
基尔霍夫定律适用于集中参数电路,所谓集中参数电路就是电路的尺寸远远小于电压的波长(对于交流电)集中参数电路可用线性方程与常微分方程描述.如果电路尺寸与电压的波长可比,而各元件(包括电阻、电容、电感等,但不包括导线)的尺寸仍远小于波长,那么就需要使用分布参数电路,分布参数电路需要求解电压和电流的时间和空间的分布,用偏微分方程描述;如果电路中元件的尺寸与波长可比,就只能用电磁场理论(即麦克斯韦方程组)进行求解.
欧姆定律的提出早于麦克斯韦方程组,因为那个时候是电与磁分开研究的,直至奥斯特发现电流的磁效应以及法拉第发现电磁感应,人们才意识到电与磁是不可分的;麦克斯韦总结了前人的成果,提出了麦克斯韦方程组.
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