工程电磁场课程教学基本要求实施细则
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电磁与超导电工研究所
2013年3月
本实施细则根据教育部电子信息与电气学科基础课教学指导委员会“电磁场课程教学基本要求”制定，是华北电力大学工程电磁场课程的教学依据。所谓基本要求是指电气工程及其自动化专业合格本科学生应达到的最低要求。
一、本课程的地位、作用与任务
工程电磁场是电气工程及其自动化专业重要的技术基础课，它所涉及的内容是该专业本科学生知识结构必要的组成部分。
工程电磁场是电气工程及其自动化专业主干课程的基础，同时又是相关交叉学科、边缘学科和工程前沿技术发展的源头。
本课程的主要任务，是在大学物理（电磁学）的基础上，面向工程进一步论述宏观电磁场的基本规律，介绍电磁场基本分析方法，使学生能够用来分析电气工程中基本的电磁现象与电磁过程，增强学生的工程应用能力和创新能力。
二、本课程的基本内容与要求
（一）理论教学部分
1、 矢量分析与场论
（1） 了解标量函数的梯度概念，会进行直角坐标系梯度运算；
（2） 了解矢量函数的散度和旋度概念，会进行直角坐标系散度和旋度运算；
（3） 掌握散度定理和斯托克斯定理；
（4） 了解亥姆霍兹定理；
（5） 了解柱坐标系和球坐标系的基本概念。
2、 静电场
（1） 通过库仑定律和电场强度定义，建立起静电场的基本概念；
（2） 建立电荷密度和电荷元的概念，掌握静电场由源到场的积分叠加公式；
（3） 掌握真空中静电场的基本方程，理解电位概念；
（4） 全面掌握电场强度与电位的微分和积分关系；
（5） 理解电偶极子概念，了解电偶极子电位计算公式；
（6） 理解电介质的电偶极子、极化电荷和介电常数模型；
（7） 掌握导体在静电场中的零场强和等电位特性；
（8） 会定性分析电介质和导体对静电场的影响；
（9） 理解一般情况下静电场的基本方程（微分形式和积分形式）和辅助方程；
（10） 熟练掌握高斯通量定理的积分形式，并能根据对称性和均匀性加以应用；
（11） 掌握媒质分界面静电场场量的切向和法向分量衔接条件；
（12） 理解电位泊松方程的意义及其与场量基本方程的关系；
（13） 能将静电场问题表述为以电位为变量的边值问题；
（14） 掌握媒质分界面衔接条件的电位表述；
（15） 掌握第一类、第二类和混合边界条件；
（16） 能够用积分运算法求解一维泊松方程；
（17） 了解分离变量法的基本原理和求解思路；
（18） 理解静电场唯一性定理的条件和结论；
（19） 掌握静电场媒质分界面为平面和球面（仅限于导体）的镜像法；
（20） 了解电场线与等电位面的相互关系；
（21） 了解导体系统电荷与电位以及电压之间的关系；
（22） 了解部分电容概念和部分电容计算思路；
（23） 会计算电容器的电容；
（24） 理解电场能量的来源以及不同表述方式，理解能量密度概念；
（25） 了解电场力虚位移法的原理和计算步骤。
3、 恒定电流场
（1） 理解运动电荷与电流的关系，建立电流和电流密度概念；
（2） 理解欧姆定律微分形式；
（3） 了解功率损耗密度概念；
（4） 理解恒定电流场的基本方程和辅助方程；
（5） 掌握媒质分界面恒定电场场量的切向和法向分量衔接条件；
（6） 能将恒定电流场问题表述为以电位为变量的边值问题；
（7） 掌握媒质分界面衔接条件的电位表述；
（8） 掌握第一类、第二类和混合边界条件；
（9） 理解导电媒质中电流和电压的概念，掌握电导和电阻的计算方法；
（10） 了解接地电阻和跨步电压概念，会计算简单的接地电阻。
4、 恒定磁场
（1） 通过安培定律和磁感应强度定义，建立起恒定磁场的基本概念；
（2） 建立电流元的概念，掌握恒定磁场由源到场的积分叠加公式；
（3） 掌握真空中恒定磁场的基本方程，理解矢量磁位概念；
（4） 掌握磁感应强度与矢量磁位关系，了解磁感应强度线与等矢量磁位线的关系；
（5） 理解磁偶极子概念，了解磁偶极子矢量磁位计算公式；
（6） 理解磁媒质偶极子、磁化电流和磁导率模型；
（7） 了解磁性材料的磁化特性；
（8） 会定性分析磁媒质对恒定磁场的影响；
（9） 理解一般情况下恒定磁场的基本方程（微分形式和积分形式）和辅助方程；
（10） 熟练掌握安培环路定理的积分形式，并能根据对称性和均匀性加以应用；
（11） 了解标量磁位概念和磁路的概念；
（12） 掌握媒质分界面恒定磁场场量的切向和法向分量衔接条件；
（13） 理解库仑规范、矢量磁位泊松方程的意义及其与场量基本方程的关系；
（14） 能够将恒定磁场问题表述为以矢量磁位为变量的边值问题；
（15） 理解媒质分界面衔接条件的矢量磁位表述；
（16） 了解第一类、第二类和混合边界条件；
（17） 掌握恒定磁场媒质分界面为平面的镜像法；
（18） 了解回路系统磁链与电流之间的关系；
（19） 了解回路系统电感计算思路；
（20） 会计算简单回路的自感和互感；
（21） 理解磁场能量的来源以及不同表述方式，理解能量密度概念；
（22） 了解磁场力虚位移法的原理和计算步骤。
5、 时变电磁场
（1） 理解感应电场概念，掌握电磁感应定律（微分形式和积分形式）；
（2） 理解感应电动势概念；
（3） 理解位移电流概念；掌握全电流定律（微分形式和积分形式）；
（4） 全面掌握麦克斯韦方程组，理解方程中各项的物理意义；
（5） 了解电荷守恒原理，知道该原理在电磁场方程组中的作用；
（6） 了解准静态磁场（涡流场）和准静态电流场的概念；
（7） 掌握电磁场场量在媒质分界面的切向和法向分量衔接条件；
（8） 掌握时谐（正弦稳态）电磁场基本方程和辅助方程的复数（相量）表示方法；
（9） 会根据涡流场概念解释趋肤效应现象和趋肤深度；
（10） 了解电磁场能量守恒与传播规律，理解坡印亭矢量和坡印亭定理；
（11） 掌握动态位（滞后位）概念，了解洛仑兹规范，理解动态位表述的波动方程；
（12） 理解非齐次波动方程解的表达式；
（13） 了解电偶极子（单元辐射子）时变电磁场近场区和远场区的不同特性；
（14） 了解平面电磁波的椭圆、圆和直线极化特性；
（15） 掌握均匀平面电磁波在理想介质中的传播特性；
（16） 了解均匀平面电磁波在导电媒质中的传播特性和透入深度；
（17） 掌握电磁波特性参数（频率、波长、波速、特性阻抗、相位常数等）相互关系及相关计算；
（18） 了解均匀平面电磁波在不同媒质分界面上垂直入射的反射和透射特性；
（二）实验教学部分
1、 会对载流线圈磁场和感应电动势进行测量，了解磁场分布规律；
2、 了解有限元法的基本原理和实施步骤，会用ANSYS有限元软件计算二维电场（或磁场）分布；
3、 通过模拟装置测量静电场电位分布，会画等电位线，并用有限元软件进行分析。（选做）
4、 电磁波特性的实验。（选做）
三、说明
1、 本课程的先修课程是高等数学、大学物理等。
2、 本课程各教学环节的学时分配比例不作统一规定。
3、 本课程理论教学52学时，实验4学时。