《时变电磁场》PPT课件.ppt

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1、第5章时变电磁场与电磁波静电场和恒定电流的磁场各自独立存在，可以分开讨论。在时变电磁场中，电场与磁场都是时间和空间的函数；变化的磁场会产生电场，变化的电场会产生磁场，电场与磁场相互依存，构成统一的电磁场。英国科学家麦克斯韦提出位移电流假说，将静态场、恒定场、时变场的电磁基本特征用统一的电磁场基本方程组概括。电磁场基本方程组是研究宏观电磁现象的理论§4.1引言§4.2时变电磁场基本方程—麦克斯韦方程§4.3 时变电磁场的边界条件§4.4 坡印廷定理—时变电磁场的能量§4.5时谐电磁场§4.6平面电磁波§4.7电磁波的极化§4.8电磁波的色散与群速§4.9均匀平面电磁波对平面边界的垂直入射

2、4.1引言知识点：麦克斯韦方程（积分形式、微分形式、相量形式），及其应用。时变电磁场的边界条件（一般形式、相量形式）坡印亭定理（物理意义、一般形式、相量形式定理应用）电磁场在无界媒质中的传播（均匀平面波的传播特性）平面边界上的垂直入射均匀平面波特性理解：感应电场，位移电流，趋肤效应4.2时变电磁场基本方程—麦克斯韦方程推广电场强度的旋度1、法拉第电磁感应定律2、安培环路定律修正磁场强度的旋度分两条主线讨论：用旋度描述时变场：用散度描述时变场：电位移矢量的散度1、高斯定律2、磁通连续性定理磁感应强度的散度时变电磁场基本方程——第一条主线（旋度）一、法拉第电磁感应定律当穿过导体的磁通发生变化时

3、，回路中会产生感应电流，这表明回路中感应了电动势。这就是法拉第电磁感应定律。负号表示感应电流产生的磁场总是阻碍磁场的变化电动势是非保守电场沿闭合路径的积分，回路中出现感应电动势，表明导体内出现感应电场设空间还存在静止电荷产生的静电场则总电场积分形式磁通的变化：或由磁场随时间的变化引起或由回路运动引起微分形式二、安培环路定律的修正恒定磁场中的安培环路定律沿一闭合路径的磁场强度的线积分等于穿过此闭合路径的所有电流的代数和，即：积分形式微分形式麦克斯韦断言：电容器中必须有电流存在，而由于这个电流不能由传导产生，他将它称为位移电流（displacementcurrent）。S1和S2构成的闭合曲面

4、，应用电流连续原理，有位移电流密度一般情况下，空间可能同时存在真实电流和位移电流，则安培环路定律为积分形式微分形式关于电流传导电流：带电粒子在电场的作用下的定向运动。位移电流：具有磁效应，可以产生磁场，但与带电粒子的定向运动无关。例：自由空间中的磁场强度为求：1）位移电流密度2）电场强度法拉第定律：安培定律的修正形式：1、位移电流密度仅仅是电通密度随时间变化的速率2、由于担当磁场的源，时变电场产生时变的磁场3、由法拉第定律，时变磁场建立时变电场4、时变电场和时变磁场是互相依存的麦克斯韦预言电场和磁场的能量相互转换，在空间以波的形式传播2、时变磁场的基本方程—麦克斯韦方程分两条主线讨论：用旋

5、度描述时变场：1、法拉第电磁感应定律推广电场强度的旋度2、安培环路定律修正磁场强度的旋度用散度描述时变场：1、高斯定律电感应强度的散度2、磁通连续性定理磁感应强度的散度一、高斯定律通过一个封闭面净穿出的电通量等于该曲面所包围的总电荷。积分形式微分形式表明：时变电场是有散场，与静电场中的形式完全一致，唯一的区别在于此时的电通密度和体电荷密度都是时变场量二、磁通连续性定理（磁场的高斯定律）磁力线永远是闭合的，所以穿过一个封闭面的磁通量等于离开这封闭面的磁通量，即：积分形式微分形式表明，时变磁场是一个无散场。与静磁场中的形式完全一致，唯一的区别在于此时的磁通密度是时变场量麦克斯韦方程—小结麦克斯

6、韦方程的物理意义1、麦克斯韦第一方程表明：时变的磁场不仅由传导电流产生，而且也由位移电流产生2、麦克斯韦第二方程表明：时变磁场产生时变电场3、两方程提示：时变磁场产生时变的电场，而时变电场反过来又产生时变的磁场；亦即电场传输能量至磁场，它反过来又回到电场，能量连续地从一个场传输至另一个场，于是迈克斯韦预言电磁能量可在任意媒质中传播4、麦克斯韦第三方程证实：磁通永远是连续的，由任意闭合面在任意时间发出的净磁通量为零5、麦克斯韦第四方程表明：由闭合体积在任意时间发出的总电通等于该体积所包围的电荷4.3.2时变电磁场的边界条件两种不同媒质的分界面上各场量所满足的方程称为边界条件1.电场强度的切向

7、分量，满足的边界条件。2.电通密度的法向分量，满足的边界条件。3.磁场强度的切向分量，满足的边界条件。4.磁通密度的法向分量，满足的边界条件。时变电磁场场量的边界条件，与静态场相应场量的边界条件完全相同例：在一个无源电介质中，电场强度为V/m在什么条件下，此场才能够存在？其他的场量是多少?解：场只有当且仅当它满足所有麦克斯韦方程组时，才能存在。无源4.4坡印廷定理与坡印廷矢量坡印廷定理坡印廷矢量电磁能量符合自然界物质运动