宏观电磁场理论1.ppt

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1、一.宏观电磁场理论下页电磁感应、位移电流的概念；4.动态位及其波动方程内容：2.麦克斯韦方程5.电磁场理论的几个基本定理3.电磁场量的衔接条件6.电磁波和电磁波动方程1.电磁感应定律1831年法拉弟在实验中观测到电磁感应现象，发现仅当与回路交链的磁通发生变化时产生磁的电效应，如电磁感应定律和全电流定律下页上页I电磁感应现象的产生分为两类：下页上页i（t）磁场不变，导体回路运动导体回路不动，磁场变化两类现象的共同点导体回路的磁感应通量发生了变化产生感应电势感生电动势的参考方向注意负号表示感应电流产生的磁场总是阻碍原磁场的变化。B1）回路不动，磁场随时间变

2、化称为感生电动势，为变压器工作原理，亦称变压器电势。感生电动势由电磁感应的类型得感应电势产生的方法下页上页2）磁场不变，回路运动切割磁力线称动生电动势，是发电机工作原理，亦称发电机电势。动生电动势下页上页若B均匀，且l、B、V三者垂直，则3）磁场随时间变化，回路切割磁力线下页上页两种电磁感应现象是两种物理性质不同的现象，但都服从统一的法拉第电磁感应定律。结论产生电场的源不仅有电荷，变化的磁场也产生电场，电场与磁场紧密相连。电磁感应定律表明：只要与回路交链的磁通发生变化，回路中就有感应电势，感应电势与构成回路的材料性质无关，回路的材料决定感应电流的大小。

3、麦克斯韦将电磁感应定律推广到一切假想的闭合回路。下页上页麦克斯韦假设，变化的磁场在其周围激发了感应电场，对闭合回路有。感应电场不是守恒场讨论楞次定律的作用变化的磁场产生感应电场磁铁向下感应电流产生的磁场与磁铁相斥外力做功转化为感应电流引起的热损耗。楞次定律实际是能量守恒定律在电磁感应现象中的反映。2.全电流定律问题的提出下页上页法拉第根据电磁之间的对偶关系，提出变化的磁场产生电场，那么变化的电场是否会产生磁场呢？麦克斯韦从安培环路定律与电荷守恒定律的矛盾出发提出随时间变化的电通量与传导电流一样可以产生磁场。电流连续恒定磁场交变电路用安培环路定律电荷与电

4、流连续性定律取S1面有下页上页线积分结果不同！取S2面有安培环路定律时变场下页上页安培环路定律和电荷与电流连续性定理只有在恒定情况下是一致的，在时变情况下是矛盾的。麦克斯韦认为电荷与电流连续性定理符合电荷守恒定律是无可怀疑的，而安培环路定律是在恒定情况下得出的需加以修正。麦克斯韦的两个假设静电场中的高斯定理在时变情况下仍然是正确的；下页上页全电流连续位移电流与传导电流一样具有磁的效应；位移电流在时变场中，单纯的传导电流是不连续的，传导电流加位移电流才是连续的，这就是麦克斯韦位移电流假说；结论全电流定律传导电流中断处位移电流接上=下页上页当当不仅传导电流

5、引起磁场，位移电流（变化的电场）也引起磁场；下页上页位移电流不代表电荷运动，只是在产生磁的效应方面与传导电流等效；全电流定律适用于时变场也适用于恒定场。全电流定律反映了电场和磁场作为一个统一体相互制约、相互依赖的另一个方面，它和法拉第电磁感应定律处于同一地位。位移电流下页上页已知平板电容器的面积S,相距d,介质的介电常数，板间电压u(t)。试求位移电流id及传导电流iC与id的关系。例解忽略边缘效应和感应电场电场1.电磁场基本方程组(MaxwellEquations)综上所述,电磁场基本方程组全电流定律电磁感应定律磁通连续性原理高斯定律Maxwill

6、EguationsandBoundaryConditions全电流定律：麦克斯韦第一方程，表明传导电流和变化的电场都能产生磁场。电磁感应定律：麦克斯韦第二方程，表明电荷和变化的磁场都能产生电场。磁通连续性原理：表明磁场是无源场,磁力线总是闭合曲线。高斯定律：表明电荷以发散的方式产生电场(变化的磁场以涡旋的形式产生电场)。4.2电磁场基本方程组·分界面上的衔接条件下页上页在各向同性的媒质中下页上页麦克斯韦方程组适用于时变场也适用于恒定场，它全面表达了电磁场的基本规律，是分析和研究电磁场问题的依据。结论恒定磁场恒定电场麦克斯韦第一、二方程是独立方程，三、四

7、方程可以从一、二方程中推得。下页上页同理麦克斯韦第一、二方程的核心是变化的电场可以产生磁场，变化的磁场可以产生电场，说明电磁场可以脱离电荷和电流而独立存在，且相互作用相互推动，由此麦克斯韦在理论上预言了电磁波的存在。某一瞬间E线与H线在空间的分布下页上页时单元偶极子天线E线与H线分布动态描述单元偶极子天线辐射形成的过程时变电磁场中媒质分界面上的衔接条件的推导方式与前三章类同，应用积分形式的基本方程：2.分界面上的衔接条件下页上页法向分量电场的切向分量根据下页上页磁场的切向分量根据磁场：电场：折射定律下页上页推导时变场中理想导体与理想介质分界面上的衔接

8、条件。例分析在理想导体中为有限值若B由0C的建立过程中结论:理想导体内部无电磁场，电磁波发生