电磁场课件--第一章电磁场的四个基本量.ppt

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1、第一章电磁场与电磁波§1.1电磁场的四个基本量§1.2电磁场的基本方程§1.3电磁场的媒质边界条件§1.4电磁场能量§1.5时变电磁场与电磁波§1.6依据电磁场理论形成的电路概念需要明确的几点描述电磁场基本量有四个：电场强度，电通密度矢量，磁感应强度，磁场强度。Maxwell方程是揭示宏观电磁场规律的基本方程。对于电磁场规律的认识过程：始于对电磁现象的认识，对于电磁相互作用规律的实验总结，进而确立电磁场的概念，建立电磁场变化满足的方程。电子和通信工程专业应侧重于时变电磁场的学习。§1.1电磁场的四个基本量一、电场强度二、用场的方法分析电场三、介质极化与电通密度矢量四、磁场

2、与磁通密度矢量五、用场的方法分析磁场六、介质磁化与磁场强度本节提示从电磁现象和电磁相互作用（力）开始认识电磁场，电磁场的描述和电磁相互作用密切相关。从场的角度分析电磁场。本节除介绍四个基本量以外，同时介绍其它一些辅助量。一、电场强度我们是通过电荷之间的相互作用认识到电场的存在的。库仑定律是阐述两个电荷相互作用的实验规律。我们从库仑定律说起，介绍电场强度的定义。库仑定律带给我们的启示库仑定律是电磁学的基本定律之一。它的建立既是实验经验的总结，也是理论研究的成果。特别是力学中引力理论的发展，为静电学和静磁学提供了理论武器，使电磁学少走了许多弯路，直接形成了严密的定量规律。从库

3、仑定律的发现可以获得许多启示，对阐明物理学发展中理论和实验的关系，了解物理学的研究方法均会有所裨益。电荷作用力研究带给我们的启示万有引力牛顿证明球壳内任一点不受球壳引力作用电荷作用力研究带给我们的启示从万有引力得到的启示德国柏林科学院院士爱皮努斯（F.U.T.Aepinus，1724—1802）1759年对电力作了研究。他在书中假设电荷之间的斥力和吸力随带电物体的距离的减少而增大，于是对静电感应现象作出了更完善的解释。电荷作用力研究带给我们的启示从万有引力得到的启示1760年，D．伯努利:首先猜测电力会不会也跟万有引力一样，服从平方反比定律。他的想法显然有一定的代表性，因

4、为平方反比定律在牛顿的形而上学自然观中是很自然的观念，如果不是平方反比，牛顿力学的空间概念就要重新修改。电荷作用力研究带给我们的启示从万有引力得到的启示富兰克林空罐实验:（也叫冰桶实验）对电力规律有重要启示。1755年，他在给兰宁（JohnLining）的信中，提到过这样的实验：“我把一只品脱银罐放在电支架（按：即绝缘支架）上，使它带电，用丝线吊着一个直径约为1英寸的木椭球，放进银罐中，直到触及罐的底部，但是，当取出时，却没有发现接触使它带电，像从外部接触的那样。”电荷作用力研究带给我们的启示从万有引力得到的启示富兰克林有一位英国友人，名叫普利斯特利（JosephPrie

5、stley，1733—1804），是化学家，对电学也很有研究。富兰克林写信告诉他这个实验并向他求教。普利斯特利专门重复了这个实验，在1767年的《电学历史和现状及其原始实验》一书中他写道：“难道我们就不可以从这个实验得出结论：电的吸引与万有引力服从同一定律，即距离的平方，因为很容易证明，假如地球是一个球壳，在壳内的物体受到一边的吸引作用，决不会大于另一边的吸引。”电荷作用力研究带给我们的启示从万有引力得到的启示卡文迪什（HenryCavendish，1731-1810）。他在1773年用两个同心金属壳作实验“我取一个直径为12.1英寸的球，用一根实心的玻璃棒穿过中心当作轴

6、，并覆盖以封蜡。……然后把这个球封在两个中空的半球中间，半球直径为13.3英寸，1/20英寸厚。……然后，我用一根导线将莱顿瓶的正极接到半球，使半球带电。”电荷作用力研究带给我们的启示从万有引力得到的启示卡文迪什将这个实验重复了多次，确定电力服从平方反比定律，指数偏差不超过0.02卡文迪什这个实验的设计相当巧妙。他用的是当年最原始的电测仪器，却获得了相当可靠而且精确的结果。他成功的关键在于掌握了牛顿万有引力定律这一理论武器，通过数学处理，将直接测量变为间接测量，并且用上了示零法精确地判断结果，从而得到了电力的平方反比定律。电荷作用力研究带给我们的启示从万有引力得到的启示米

7、切尔和卡文迪什都是英国剑桥大学的成员，在他们中间有深厚的友谊和共同的信念。米切尔得知库仑发明扭秤后，曾建议卡文迪什用类似的方法测试万有引力。这项工作使卡文迪什后来成了第一位直接测定引力常数的实验者。正是由于米切尔的鼓励，卡文迪什做了同心球的实验。电荷作用力研究带给我们的启示从万有引力得到的启示但是卡文迪什的同心球实验结果和他自己的许多看法，却没有公开发表。直到19世纪中叶，开尔文（即W.汤姆生）发现卡文迪什的手稿中有圆盘和同半径的圆球所带电荷的正确比值，才注意到这些手稿的价值，经他催促，才于1879年由麦克斯韦整理发表。卡文迪