8电磁场理论1.ppt

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1、§8-1.Maxwell方程组§8-2.电磁波第8章Maxwell电磁场理论电磁学1§8-1.Maxwell方程组§8-1.Maxwell方程组电磁学里程碑(100年左右的时间)1785年CoulombLaw静电规律1820年Oersted电磁稳恒磁场1831年Faraday磁电电磁感应1865年Maxwell完善方法论：归纳法.继承+创新.有目的探索:Coul.,B-S,Far.;偶然机遇:Ostered精巧实验:Ampère数学理论:Gauss理想模型:场,位移电流2§8-1.Maxwell方程组复习：静电场和恒定磁场的基本性质和普遍规律静电场的高斯定理：稳恒磁场中的高斯定理：静电

2、场的环流定理：稳恒磁场安培环路定理：涡旋电场假说：变化磁场产生涡旋电场且有一.位移电流3§8-1.Maxwell方程组第一种不对称是两个高斯定律，原因：自然界不存在磁单极（“磁荷”）。第二种不对称是两个环流定律：如果上面四个基本方程变为：4§8-1.Maxwell方程组宏观电磁场理论有待进一步研究?(1)电场静电场感生电场静止电荷产生源：(2)磁场稳恒磁场产生源：恒定电流感生磁场？回顾1：1.回顾和问题5§8-1.Maxwell方程组(1)从稳恒电路中推出最初目的：避开磁化电流的计算(2)传导电流(电荷定向移动)热效应产生磁场取值：通过以回路L为边界的任一曲面的电流回顾2：关于：回路L

3、所包围的传导电流(3)6§8-1.Maxwell方程组在电容器充(放)电过程中：设某时刻回路中传导电流强度为I问题：1.场是客观存在，环流值必须唯一2.定理应该普适能否假设：两板间存在一种类似电流的物理量？取L如图求H的环流，取取把安培环路定理推广到非恒定电流的回路时出现了矛盾7但随着极板上电量变化q=q(t)或=(t),两板间电场随之变化E=E(t),D=D(t)而D=,且任一时刻的传导电流：极板上的传导电流强度与极板间电位移通量的时间变化率相等。回顾3：平行板电容器在充(放)电过程中：传导电流在两板间中断。是否是电流强度？§8-1.Maxwell方程组82.位移电流全电流全电流

4、定理(1)位移电流和位移电流密度变化电场中穿过某个截面的位移电流强度等于穿过该截面的电位移通量的时间变化率：变化电场中某点的位移电流密度等于该点电位移矢量的时间变化率，9(2)全电流通过某一截面的传导电流和位移电流之代数和称作通过该截面的全电流，即在电容器充(放)电的整个电路中,全电流是连续的。10(3)位移电流的磁场位移电流和传导电流一样，也会在其周围空间激发起涡旋磁场，且服从安培环路定理：位移电流激发的涡旋磁场的磁力线，是一些环绕着变化电场的闭合线且之间也遵从右手螺旋关系。11(4)全电流定理电流概念的推广：能产生磁场的物理量全电流定理12用全电流定理就可以解决前面的平行板电容器

5、充(放)电电路中的矛盾只有传导电流只有位移电流平行板电容器板面积为S，13(5)位移电流与传导电流比较不同处：位移电流只是电流概念的推广：仅仅从产生磁场的能力上定义——仅此而已。相同处：都可激发磁场，且都遵从安培环路定理。14一般情况下：静电场和恒定磁场规律+Maxewell涡旋电场理论+Maxewell位移电流理论，得：——Maxewell电磁场方程组的积分形式二.麦克斯韦电磁场方程组(积分形式)宏观电磁现象的普遍规律。15微分形式的麦克斯韦电磁场方程组数学上的定理：Gauss定理Stokes定理梯度算符散度算符旋度算符直角坐标系中：16积分形式微分形式直角坐标系中：17§8-1.

6、Maxwell方程组有介质时还需要逐点描述Maxwell方程的微分形式:18、、不同的两种介质的分界面上，相应地有三组边界条件磁介质界面上，B法向连续，H切向连续电介质界面上，D法向连续，E切向连续以上设界面上没有自由电荷和无传导电流两种导体界面上，j法向连续，E切向连续三.电磁场的边界条件:§8-1.Maxwell方程组19§8-2.电磁波§8-2.电磁波§8-2.电磁波由M-方程组可推出:解为沿x方向传播的变化的电场Ey和磁场Hz,作为整体平面电磁波.x所有复杂波形只是平面波的叠加一.平面电磁波20二.平面电磁波的性质cExyz(4)同一点E、H之间存在正比关系：(1)E、H

7、是同频率简谐振动且位相相同；(2)电磁波是横波：(3)电磁波是偏振的：分别在各自平面上振动；21(5)电磁波的传播速度由介质的性质决定：则真空中电磁波速度：介质的折射率：(6)电磁波的传播过程就是电磁场能量的传播过程单位时间内通过垂直于传播方向的单位面积的辐射能——辐射强度或能流密度(坡印亭矢量)：22§8-2.电磁波电磁辐射与电磁波谱自学23例1试证：平行板电容器中的位移电流可写为式中C是电容器的电容，U是极板间的电势