电磁场理论chap2[宏观电磁场的基本规律]

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1、主要内容：宏观电磁现象的实验定律真空中的Maxwell方程组介质的极化和磁化介质中的Maxwell方程组电磁场的边界条件第二章宏观电磁场的基本规律§2.1电荷与电流1电荷守恒定律宏观实验表明：一个孤立系统的电荷总量是保持不变的，即在任何时刻，系统中的正电荷与负电荷的代数和保持不变。称之为电荷守恒定律。电荷守恒定律表明，如果孤立系统中某处在一个物理过程中产生（或消灭）了某种符号的电荷，那么必有相等量的异号电荷伴随产生（或消灭）；如果孤立系统中总的电荷量增加（或减小），必有等量的电荷进入（或离开）该孤立系统。

2、单位时间内，通过界面进入V内部的电荷量为：该电荷量等于V内单位时间内的电荷增加量，即：VsnJ§2.1电荷与电流孤立系统§2.2Coulomb定律与静电场1Coulomb定律真空中任意两个静止点电荷q1和q2之间作用力的大小与两电荷的电荷量成正比，与两电荷距离的平方成反比；方向沿q1和q2连线方向，同性电荷相互排斥，异性电荷相互吸引。实验还证明，真空中多个点电荷构成的电荷体系，两两间的作用力，不受其它电荷存在与否的影响。多个电荷体系中某个电荷受到的作用力是其余电荷与该电荷单独存在时作用力之矢量代数和，满足

3、线性叠加原理。§2.2Coulomb定律与静电场qi2电场强度实验证明，任何电荷在其所在空间激发出对置于其中的电荷有力作用的物理量，称为电场。由静止电荷激发的电场称为静电场。人们正是通过对电磁中电荷受力的特性认识和研究电场的。电荷之间的作用力是通过电场来传递的。因此电场对电荷的作用力可以用于定义电场。§2.2Coulomb定律与静电场空间某点的电场强度定义为置于该点的单位点电荷（又称试验电荷）受到的作用力：根据上述定义很容易得到真空中静止点电荷q激发的电场为：§2.2Coulomb定律与静电场如果电荷是连

4、续分布，密度为。它在空间任意一点产生的电场为：§2.2Coulomb定律与静电场小体积元中的电荷产生的电场3静电场的性质性质1静电场是有散矢量场，电荷是静电场的通量源。利用Gauss定理得到称为静电场的Gauss定律。静电场的Gauss定律表明静电场的力线发源于正电荷，终止于负电荷。在没有电荷的空间中，静电场的力线是连续的。§2.2Coulomb定律与静电场§2.2Coulomb定律与静电场性质2静电场是无旋场§2.2Coulomb定律与静电场由于标量场的梯度是无旋场，所以静电场又可以表示为某个标量场的梯

5、度。，1Ampere定律Ampere对电流的磁效应进行了大量的实验研究，在1821～1825年之间，设计并完成了四个关于电流相互作用的精巧实验，得到了电流相互作用力公式,称为Ampere定律。§2.3Ampere定律与恒定电流的磁场§2.3Ampere定律与恒定电流的磁场I0dl实验进一步证明，电流体对于置其中的电流元有力的作用，电流元受到的作用力是电流体中所有电流与电流元作用的叠加。I0dlI0dlI0dl2Biot—Savart定律与磁感应强度实验证明，任一恒定电流元Idl在其周围空间激发出对另一恒定

6、电流元（或磁铁）具有力作用的物理量，称为磁场。恒定电流元之间的相互作用力是通过磁场传递的，对恒定电流有力的作用是磁场的基本特性§2.3Ampere定律与恒定电流的磁场区域V上的磁感应强度的数值为检验电流元受到作用力最大值与检验电流元比值的极限磁感应强度的方向垂直电流元与电流元受力方向所构成的平面，三者满足右手螺旋法则。§2.3Ampere定律与恒定电流的磁场dFI0dlB§2.3Ampere定律与恒定电流的磁场3磁矢位如果记磁感应强度矢量可表示为：称为磁矢位。4磁场的基本性质（1)恒定电流的磁场是无散场，

7、即：所以这说明磁场力线是闭合的，没有起点也没有终点。§2.3Ampere定律与恒定电流的磁场（2)恒定电流的磁场是有旋场，电流是磁场的涡旋源。§2.3Ampere定律与恒定电流的磁场5磁场对运动带电粒子的作用力电荷运动形成电流，磁场对电流的作用力实际上是对运动电荷的作用力。从而得到称为称为Lorentz力。磁场对运动带电粒子的作用力与粒子运动的方向垂直，这说明磁场对带电粒子不做功，它只改变粒子的运动方向，而不改变粒子运动速度的大小。§2.3Ampere定律与恒定电流的磁场§2.4真空中的Maxwell方程

8、组1Faraday电磁感应定律Faraday从1820年开始探索磁场产生电场的可能性，经过11年的努力，终于在1831年实验发现，当穿过闭合线圈的磁通量发生变化时，闭合导线中有感应电流产生，感应电流的方向总是以自己产生的磁通量对抗原来磁通量的改变。进一步的实验还证明，只要闭合曲线内磁通量发生变化，感应的电场不仅存在于导体回路上，也同样存在于非导体回路上，并满足如下定量关系式：曲面磁通量改变率回路电动势§2.4真空中的Maxwe