第一章微波基础优秀课件.ppt

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1、第一章微波基础第一章微波基础第1页，本讲稿共70页 电磁场中的基本物理量和基本实验定律电磁场中的基本物理量和基本实验定律1.1静电场静电场1.2恒定电场恒定电场1.3恒定磁场恒定磁场1.4时变电磁场时变电磁场1.5第2页，本讲稿共70页1 11 1 电磁场中的基本物理量和基本实验电磁场中的基本物理量和基本实验定律定律电量的单位是电量的单位是C C（库仑），基本电荷带的电量为（库仑），基本电荷带的电量为电荷分布的四种形式：电荷分布的四种形式：体电荷，面电荷，线电荷，点电荷体电荷，面电荷，线电荷，点电荷1.1.1 1.1.1 电荷及电荷密度电荷及电荷密度第3页，本讲稿共70页1.1.体电荷分布体电

2、荷分布连续分布于一个体积之内的电荷，称为体电荷。体电连续分布于一个体积之内的电荷，称为体电荷。体电荷密度定义为荷密度定义为2.2.面电荷分布面电荷分布连续分布于一个几何曲面上的电荷，称为面电荷。连续分布于一个几何曲面上的电荷，称为面电荷。面电荷密度定义为面电荷密度定义为第4页，本讲稿共70页 3.3.线电荷分布线电荷分布连续分布于一条线上的电荷，称为线电荷。线电荷连续分布于一条线上的电荷，称为线电荷。线电荷密度定义为密度定义为（长直导线）（长直导线）4.4.点电荷分布点电荷分布当某一电荷量被想象地集中在一个几何点上时，这当某一电荷量被想象地集中在一个几何点上时，这样的电荷称为点电荷样的电荷称为

3、点电荷（正，负点电荷）（正，负点电荷）第5页，本讲稿共70页 1.1.2 1.1.2 电流及电流密度电流及电流密度电荷的宏观定向运动称为电流。常见的电流：沿着电荷的宏观定向运动称为电流。常见的电流：沿着导线流动导线流动 第6页，本讲稿共70页电流密度矢量电流密度矢量1.1.方向：方向：方向：方向：正载流子运动方向正载流子运动方向正载流子运动方向正载流子运动方向,电场方向电场方向电场方向电场方向2.2.2.2.大小：大小：大小：大小：通过垂直于载流子运动方向的单位面积的电通过垂直于载流子运动方向的单位面积的电通过垂直于载流子运动方向的单位面积的电通过垂直于载流子运动方向的单位面积的电流强度流强度

4、流强度流强度反映流过单位面积的电流的大小反映流过单位面积的电流的大小反映流过单位面积的电流的大小反映流过单位面积的电流的大小第7页，本讲稿共70页1.1.体电流分布体电流分布电荷在某一体积内定向运动所形成的电流为体电流。电荷在某一体积内定向运动所形成的电流为体电流。表示为表示为第8页，本讲稿共70页2.2.面电流分布面电流分布电流在厚度可以忽略的薄层内流动所形成的电流称为面电电流在厚度可以忽略的薄层内流动所形成的电流称为面电流。表示为流。表示为第9页，本讲稿共70页3.3.线电流分布线电流分布 电荷在一个横截面可以忽略的细线中流动所电荷在一个横截面可以忽略的细线中流动所形成的电流称为线电流。若

5、长度元形成的电流称为线电流。若长度元 中流中流过的线电流为过的线电流为 ，则称，则称 为为电流元。电流元。第10页，本讲稿共70页1.1.3 1.1.3 电场强度和库仑定律电场强度和库仑定律1.电场强度电场强度E 单位正电荷在该点所受的力单位正电荷在该点所受的力,即即:式中式中q为试验电荷的电量，为试验电荷的电量，F 为电荷为电荷q 受受到的作用力。到的作用力。第11页，本讲稿共70页 2.2.库伦定理：库伦定理：受到受到 的作用力为：（的作用力为：（两个点电荷的作用力两个点电荷的作用力）式中式中为真空中的介电常数为真空中的介电常数（库仑定律库仑定律）两个点电荷之间的相互作用力两个点电荷之间的

6、相互作用力 第12页，本讲稿共70页 两个体电荷之间的相互作用力两个体电荷之间的相互作用力 两个面电荷之间的相互作用力两个面电荷之间的相互作用力 两个线电荷之间的相互作用力两个线电荷之间的相互作用力 第13页，本讲稿共70页12 12 静电场静电场静电场：不随时间变化的电场静电场：不随时间变化的电场静止电荷的电荷量不随时间变化时，产生静电场静止电荷的电荷量不随时间变化时，产生静电场第14页，本讲稿共70页1.电场强度电场强度E 单位正电荷在该点所受的力单位正电荷在该点所受的力,即即:式中式中q为试验电荷的电量，为试验电荷的电量，F 为电荷为电荷q 受受到的作用力。到的作用力。电场强度如何表示电

7、场强度如何表示?第15页，本讲稿共70页带电平行板带电平行板正电荷正电荷负电荷负电荷几种典型的电场线分布几种典型的电场线分布 电场线：电场线：曲线上每点的切线方向表示该点场强曲线上每点的切线方向表示该点场强的的方向方向，曲线的疏密表示场强的，曲线的疏密表示场强的大小大小。第16页，本讲稿共70页2.2.真空中静电场方程真空中静电场方程 1 1）高斯定理高斯定理0 为真空介电常数为真空介电常数物理含义：物理含义：1.电场强度通过任一封闭曲面的电通量等于该封闭曲面电场强度通过任一封闭曲面的电通量等于该封闭曲面所包围的电量与真空介电常数之比。所包围的电量与真空介电常数之比。2.2.2.2.电场强度在

8、某点的散度等于该点的电荷体密度与真空电场强度在某点的散度等于该点的电荷体密度与真空介电常数之比介电常数之比第17页，本讲稿共70页2 2）环路定理）环路定理物理意义：物理意义：1.1.在静电场中将单位电荷沿任一闭合路径移动一周，静在静电场中将单位电荷沿任一闭合路径移动一周，静电力做功为零电力做功为零静电场为保守场。静电场为保守场。2.真空中静电场的电场强度的旋度处处为零。由此可见，真空中静电场的电场强度的旋度处处为零。由此可见，真空中静电场是有散无旋场真空中静电场是有散无旋场第18页，本讲稿共70页例例 利用高斯定理求无限长线电荷利用高斯定理求无限长线电荷 在任意点在任意点P P产生产生的电场

9、强度。的电场强度。解解 由由静电场的高斯定理静电场的高斯定理有有 等号左边为等号左边为高斯面高斯面S内的总电荷为内的总电荷为于是有于是有第19页，本讲稿共70页保守场保守场对任何静电场，电场强度的线积分都只取决于对任何静电场，电场强度的线积分都只取决于起点和终点的位置，而与连接起点和终点的路起点和终点的位置，而与连接起点和终点的路径无关。径无关。单位正电荷在电场力的作用下移动一个闭合回路单位正电荷在电场力的作用下移动一个闭合回路,则电场力对单位正电荷所作的功为零则电场力对单位正电荷所作的功为零与重力场一致与重力场一致第20页，本讲稿共70页3 3）电位、电位梯度）电位、电位梯度1.电位（标量）

10、电位（标量）选择场中某点选择场中某点P P作为参考零电位点作为参考零电位点,单位正单位正电荷在电荷在电场力电场力的作用下，自该点沿的作用下，自该点沿任一条任一条路径移至路径移至P P点的过程中电场力点的过程中电场力作的作的功功第21页，本讲稿共70页1.1.电场线与等位面一定处处保持垂直。电场线与等位面一定处处保持垂直。2.2.等位面分布的疏密程度也可表示电场强度的强弱等位面分布的疏密程度也可表示电场强度的强弱，（规定相邻的等位面之间的电位差保持恒定），那么等位面密（规定相邻的等位面之间的电位差保持恒定），那么等位面密集处表明电位变化较快，场强较强。集处表明电位变化较快，场强较强。等位面：等位

11、面：电位相等的曲面电位相等的曲面 电场线电场线等位面等位面E第22页，本讲稿共70页2.电位梯度电位梯度()电位：大小等于电位：大小等于(d/dl)max,(d/dl)max,方向为使方向为使d/dld/dl获得获得最大增量的方向的矢量最大增量的方向的矢量等位面等位面梯度方向梯度方向第23页，本讲稿共70页电场强度和电位梯度的关系：电场强度和电位梯度的关系：1.1.梯度方向总是垂直于等位梯度方向总是垂直于等位面面2.2.电场强度的方向为电位梯电场强度的方向为电位梯度的负方向度的负方向3.3.梯度的大小等于电场强度梯度的大小等于电场强度的大小的大小梯度方向梯度方向第24页，本讲稿共70页4 4）

12、介质极化）介质极化导体中的电荷为导体中的电荷为自由电荷自由电荷。介质中的电荷不会自由运动，称为介质中的电荷不会自由运动，称为束缚电荷束缚电荷。极化：极化：在电场作用下，介质中束缚电荷发生位移在电场作用下，介质中束缚电荷发生位移的现象的现象第25页，本讲稿共70页P P：衡量极化程度衡量极化程度 实实验验结结果果表表明明，大大多多数数介介质质在在电电场场的的作作用用下下发发生生极极化化时时，其其极极化化强强度度 P 与与介介质质中中的的合合成成电电场场强强度度 E 成正比，即成正比，即式中式中e 称为极化率，它是一个正实数。称为极化率，它是一个正实数。第26页，本讲稿共70页 5 5）电介质中的

13、高斯定理电介质中的高斯定理在介质内部，高斯定理变形为：在介质内部，高斯定理变形为：q 为闭合面为闭合面 S 中的自由电荷中的自由电荷 为闭合面为闭合面S 中的束缚电荷中的束缚电荷令令电位移矢量电位移矢量 ，求得，求得变形为：变形为：变形为：变形为：介质中的高斯定理：介质中的高斯定理：第27页，本讲稿共70页物理意义：介质中穿过任一闭合面的电位移的通量物理意义：介质中穿过任一闭合面的电位移的通量等于该闭合面包围的自由电荷，而与束缚电荷无关。等于该闭合面包围的自由电荷，而与束缚电荷无关。介质中的高斯定理：介质中的高斯定理：积分形式：积分形式：微分形式：微分形式：物理意义：介质中微分形式的高斯定律表

14、明，某点电位物理意义：介质中微分形式的高斯定律表明，某点电位移的散度等于该点自由电荷的体密度。移的散度等于该点自由电荷的体密度。第28页，本讲稿共70页令令 h h 0 0，则线积分，则线积分 6 6）两种介质的边界条件）两种介质的边界条件 切向分量变化规律：切向分量变化规律：1324 etE2E1 lh 1 2环路定理：环路定理：第29页，本讲稿共70页物理意义：物理意义：在两种介质形成的边界上，两侧的在两种介质形成的边界上，两侧的电场强度的电场强度的切向分量相等切向分量相等，或者说，或者说，电场强度的切向分量是连续电场强度的切向分量是连续的的。切向边界条件：切向边界条件：第30页，本讲稿共

15、70页令令 h h 0 0 ，则通过侧面的通量为零，则通量为，则通过侧面的通量为零，则通量为 h SD2D1 1 2en法向分量的变化规律法向分量的变化规律介介质质中中的的高高斯斯定定律律：电电位位移移通通过过该该圆圆柱柱面面的的通通量量等等于于圆圆柱面包围的自由电荷，即柱面包围的自由电荷，即第31页，本讲稿共70页求得：求得：式式中中 s 为为边边界界上上存存在在的的表表面面自自由由电电荷荷的的面面密密度度。通通常常：两两种种介介质质形形成成的的边边界界上上通通常常不不可可能能存存在在表表面面自自由由电电荷荷，因因此在两种介质的边界有：此在两种介质的边界有：物理意义：物理意义：在两种介质边界

16、上在两种介质边界上电位移的法向分量相等电位移的法向分量相等，或者说，或者说，电位移的法向分量是连续的电位移的法向分量是连续的。第32页，本讲稿共70页7 7）介质与导体的边界条件）介质与导体的边界条件 静静电电平平衡衡：当当孤孤立立导导体体放放入入静静电电场场中中以以后后，导导体体中中自自由由电电子子发发生生运运动动，电电荷荷重重新新分分布布产产生生与与原原电电场场方方向向相相反反的的二二次次电场，使导体中的合成电场消失为零。电场，使导体中的合成电场消失为零。孤立导体孤立导体静电场中的导体静电场中的导体第33页，本讲稿共70页当当导导体体处处于于静静电电平平衡衡时时，自自由由电电荷荷只只能能分

17、分布布在在导导体体的的表面上表面上，导体是一个等位体，导体表面是一个等位面。，导体是一个等位体，导体表面是一个等位面。导导体体表表面面的的外外侧侧不不可可能能存存在在电电场场强强度度的的切切向向分分量量。电电场场强强度必须垂直于导体的表面度必须垂直于导体的表面。介质介质E导体导体en第34页，本讲稿共70页 静静电电屏屏蔽蔽：封封闭闭的的导导体体腔腔可可以以屏屏蔽蔽外外部部静静电电场场，这这种种效应称为效应称为静电屏蔽静电屏蔽。有空腔的导体：设空腔导体带正电荷有空腔的导体：设空腔导体带正电荷有空腔的导体：设空腔导体带正电荷有空腔的导体：设空腔导体带正电荷QQ空腔内没有电荷（人为）时空腔内没有电

18、荷（人为）时空腔内没有电荷（人为）时空腔内没有电荷（人为）时:导体内部和空腔内表面上都没有净电荷存在，电荷只导体内部和空腔内表面上都没有净电荷存在，电荷只导体内部和空腔内表面上都没有净电荷存在，电荷只导体内部和空腔内表面上都没有净电荷存在，电荷只分布在导体外表面分布在导体外表面分布在导体外表面分布在导体外表面第35页，本讲稿共70页 问题：问题：问题：问题：会不会出现空腔内表面分布有等量异会不会出现空腔内表面分布有等量异会不会出现空腔内表面分布有等量异会不会出现空腔内表面分布有等量异号电荷的情况呢？号电荷的情况呢？号电荷的情况呢？号电荷的情况呢？违背环路定理（沿任一闭合曲线环路积分为违背环路定

19、理（沿任一闭合曲线环路积分为违背环路定理（沿任一闭合曲线环路积分为违背环路定理（沿任一闭合曲线环路积分为0 0）积分不为积分不为积分不为积分不为0 0提示由环路定理证明！提示由环路定理证明！提示由环路定理证明！提示由环路定理证明！第36页，本讲稿共70页13 恒定电场恒定电场将一块导体与电源的两个极板相连，由于将一块导体与电源的两个极板相连，由于两个电极之间始终两个电极之间始终存在一定的电位差存在一定的电位差，在导体中形成电场，使电子维持持续，在导体中形成电场，使电子维持持续不断的定向运动，若外加电压与时间无关，导体中的电流不断的定向运动，若外加电压与时间无关，导体中的电流就是恒定的，就是恒定

20、的，导体中的电场也是恒定的导体中的电场也是恒定的，叫做恒定电场。，叫做恒定电场。静电场中静电场中第37页，本讲稿共70页E导电媒质导电媒质 PN E外外 源源外源中外源中非非静电力：静电力：迫使正电荷向正极运动（正正）迫使正电荷向正极运动（正正）极板上电荷产生的极板上电荷产生的电场力：电场力：阻止正正阻止正正若外源的极板之间接上导电媒质，若外源的极板之间接上导电媒质，正极板上的正电荷通过导电媒质正极板上的正电荷通过导电媒质移向负极板；负极板上的负电荷移向负极板；负极板上的负电荷通过导电媒质移向正极板。此时通过导电媒质移向正极板。此时电场力小于非静电力电场力小于非静电力，正电荷向正，正电荷向正极

21、运动。极运动。两个力相等时，两个力相等时，外源的电荷运动停止。外源的电荷运动停止。E导电媒质导电媒质 恒定电场的产生恒定电场的产生第38页，本讲稿共70页补充说明：补充说明：如图所示，首先将外接的导电媒质移去，讨论开路情况下外源内部的作用过程。如图所示，首先将外接的导电媒质移去，讨论开路情况下外源内部的作用过程。在外源中在外源中非静电力非静电力作用下，正电荷不断地移作用下，正电荷不断地移向正极板向正极板 P，负电荷不断地移向负极板，负电荷不断地移向负极板 N。极板上。极板上的电荷在外源中形成电场的电荷在外源中形成电场 E，其方向由正极板指向，其方向由正极板指向负极板，而且随着极板上电荷的增加不

22、断增强。负极板，而且随着极板上电荷的增加不断增强。E导电媒质PNE外源 显然，由极板上电荷产生的电场力阻止正电荷继显然，由极板上电荷产生的电场力阻止正电荷继续向正极板移动，同时也阻止负电荷继续向负极板移续向正极板移动，同时也阻止负电荷继续向负极板移动，一直到极板电荷产生的电场力等于外源中的非电动，一直到极板电荷产生的电场力等于外源中的非电力时，外源的电荷运动方才停止，极板上的电荷也就力时，外源的电荷运动方才停止，极板上的电荷也就保持恒定。保持恒定。第39页，本讲稿共70页 既然外源中的非静电力表现为对于电荷的作用力，因此，通常认为这种非静既然外源中的非静电力表现为对于电荷的作用力，因此，通常认

23、为这种非静电力是由外源中存在的外电场产生的，其电场强度仍然定义为对于单位正电荷的电力是由外源中存在的外电场产生的，其电场强度仍然定义为对于单位正电荷的作用力，以作用力，以 E表示。由于外电场使正电荷移向正极板，负电荷移向负极板，表示。由于外电场使正电荷移向正极板，负电荷移向负极板，因此，外电场的方向由负极板指向正极板。可见，在外源中外电场因此，外电场的方向由负极板指向正极板。可见，在外源中外电场 E 的方向的方向与极板电荷形成的电场与极板电荷形成的电场 E 的方向恰好相反。当外源中的外电场与极板电荷的方向恰好相反。当外源中的外电场与极板电荷的电场等值反向时，外源中合成电场为零，电荷运动停止。的

24、电场等值反向时，外源中合成电场为零，电荷运动停止。若外源的极板之间接上导电媒质，正极板上的正电荷通过导电媒质移向负若外源的极板之间接上导电媒质，正极板上的正电荷通过导电媒质移向负极板；负极板上的负电荷通过导电媒质移向正极板。因而导致极板上电荷减少，极板；负极板上的负电荷通过导电媒质移向正极板。因而导致极板上电荷减少，使得外源中由极板电荷形成的电场使得外源中由极板电荷形成的电场 E 小于外电场，外电场又使外源中的正负电荷再小于外电场，外电场又使外源中的正负电荷再次移动，外源不断地向正极板补充新的正电荷，向负极板补充新的负电荷。次移动，外源不断地向正极板补充新的正电荷，向负极板补充新的负电荷。第4

25、0页，本讲稿共70页 由上可见，极板上的电荷通过导电媒质不断流失，外源又不断地向极板补充新由上可见，极板上的电荷通过导电媒质不断流失，外源又不断地向极板补充新电荷，从而维持了连续不断的电流。因此，为了在导电媒质中产生连续不断的电流，电荷，从而维持了连续不断的电流。因此，为了在导电媒质中产生连续不断的电流，必须依靠外源。必须依靠外源。当达到当达到动态平衡动态平衡时，极板上的电荷分布保持不变。这样，极时，极板上的电荷分布保持不变。这样，极板电荷在外源中以及在导电媒质中产生板电荷在外源中以及在导电媒质中产生恒定电场恒定电场，且在外源内部，且在外源内部保持保持 ，在包括外源及导电媒质的整个回路中维持恒

26、定的电流。，在包括外源及导电媒质的整个回路中维持恒定的电流。注意，极板上的电荷分布虽然不变，但是极板上的电荷并不是静止的。它们注意，极板上的电荷分布虽然不变，但是极板上的电荷并不是静止的。它们是在不断地更替中保持分布特性不变，因此，这种电荷称为是在不断地更替中保持分布特性不变，因此，这种电荷称为驻立电荷驻立电荷。驻立电。驻立电荷是在外源作用下形成的，一旦外源消失，驻立电荷也将随之逐渐消失。荷是在外源作用下形成的，一旦外源消失，驻立电荷也将随之逐渐消失。第41页，本讲稿共70页静电场的基本方程：静电场的基本方程：如如果果电电介介质质中中没没有有电电荷荷分分布布,则则麦麦克克斯斯韦韦方方程可简化为

27、：程可简化为：恒恒定定电电流流在在导导体体外外部部产产生生的的电电场场和和静静电电场场具具有有相相同同的的性性质质,电场也是无旋场。电场也是无旋场。第42页，本讲稿共70页1 1）导电媒质中的电场的基本方程为）导电媒质中的电场的基本方程为(136)(136)物理意义：物理意义：1.恒流电场为保守场。恒流电场为保守场。2.恒流恒流电场的电场强度的旋度处处为零，无旋场电场的电场强度的旋度处处为零，无旋场积分形式积分形式第43页，本讲稿共70页 为为导电媒质的电导率导电媒质的电导率，值愈大表明导电能力愈强值愈大表明导电能力愈强电流密度电流密度J J：单位时间内垂直穿过单位面积的电荷，其方单位时间内垂

28、直穿过单位面积的电荷，其方向为正电荷的运动方向向为正电荷的运动方向,表示表示电流密度电流密度J与该点的电场强与该点的电场强度度E成正比成正比媒媒 质质电导率电导率(S/m)媒媒 质质电导率电导率(S/m)银银海海 水水4紫紫 铜铜淡淡 水水金金干干 土土铝铝变压器油变压器油黄黄 铜铜玻玻 璃璃铁铁橡橡 胶胶第44页，本讲稿共70页物理意义：物理意义：任何时刻流入体积内的电荷量等于从该体积任何时刻流入体积内的电荷量等于从该体积内流出的电荷量。换言之内流出的电荷量。换言之,从包围此体积的闭合面穿出从包围此体积的闭合面穿出的的J J的通量为零。的通量为零。恒定电流场是无散的。恒定电流场是无散的。积分

29、形式积分形式第45页，本讲稿共70页物理意义：物理意义：在两种介质形成的边界上，两侧的在两种介质形成的边界上，两侧的电场强度的电场强度的切向分量相等切向分量相等，或者说，或者说，电场强度的切向分量是连续的电场强度的切向分量是连续的。切向边界条件切向边界条件：2）恒流电场的边界条件第46页，本讲稿共70页法向边界条件：法向边界条件：因因为为理理想想导导电电体体内内部部不不存存在在电电场场，故故理理想想导导电电体体表表面面不不可可能能存存在在切切向向电电场场，因因而而也也不不可可能能存存在在切切向向恒恒定定电电流流。当当电电流流由由理理想想导导电电体体流流入入一一般般导导电电媒媒质质时时，电电流流

30、线线总总是垂直于理想导电体表面。是垂直于理想导电体表面。介质介质E导导体体en物理意义：在两种导电媒质的边界上，物理意义：在两种导电媒质的边界上，电流密度矢量的法电流密度矢量的法向分量连续向分量连续。E，J方向相同方向相同第47页，本讲稿共70页14 恒流磁场恒流磁场 雷电后，刀雷电后，刀叉带磁性！叉带磁性！I导线通电以后，放在边上的磁针轻轻转导线通电以后，放在边上的磁针轻轻转动了一下动了一下电能生磁电能生磁第48页，本讲稿共70页定义：恒定电流产生的磁场。磁场不随时间变化定义：恒定电流产生的磁场。磁场不随时间变化恒流磁场恒流磁场第49页，本讲稿共70页1.4.1.磁感应强度磁感应强度B运动电

31、荷在磁场中会受洛仑兹力。运动电荷在磁场中会受洛仑兹力。假如假如,一个速度为一个速度为v v的电荷的电荷q q在磁在磁场中运动经过该点时场中运动经过该点时,运动电荷运动电荷q q受到磁场力受到磁场力F F可以表示为：可以表示为：FBv 零线方向零线方向矢量矢量 B B 的定义为，的定义为，大小大小为为 ，其，其方向方向为为零线方向零线方向零线方向：零线方向：垂直于受力方向垂直于受力方向第50页，本讲稿共70页1.4.21.4.2媒质磁化媒质磁化 磁铁的原理磁铁的原理?第51页，本讲稿共70页原子内部，电子不停地自转，并绕原子核旋转。电原子内部，电子不停地自转，并绕原子核旋转。电子的这两种运动都会

32、产生磁性。子的这两种运动都会产生磁性。在大多数物质中，电子运动的方向各不相同、杂乱无章，在大多数物质中，电子运动的方向各不相同、杂乱无章，磁效应相互抵消。磁效应相互抵消。普通物质普通物质磁化后磁化后第52页，本讲稿共70页磁偶极子的磁矩方向朝着外加磁场方向转动，磁偶极子的磁矩方向朝着外加磁场方向转动，合成磁场增合成磁场增强强，这种磁性能称为，这种磁性能称为顺磁性顺磁性。如铝、锡、镁、钨、铂及钯。如铝、锡、镁、钨、铂及钯等等磁偶极子的磁矩方向逆着外加磁场方向转动，导致媒质磁偶极子的磁矩方向逆着外加磁场方向转动，导致媒质中中合成磁场减弱合成磁场减弱，这种磁性能称为，这种磁性能称为抗磁性抗磁性，如银

33、、铜、铋、，如银、铜、铋、锌、铅及汞等。锌、铅及汞等。顺磁性顺磁性抗磁性抗磁性第53页，本讲稿共70页磁畴：每个磁畴中原子的磁矩全都向着一个方向排磁畴：每个磁畴中原子的磁矩全都向着一个方向排列。列。磁铁的吸铁过程就是对铁块的磁铁的吸铁过程就是对铁块的磁化过程磁化过程，磁化了的铁，磁化了的铁块和磁铁块和磁铁不同极性间产生吸引力不同极性间产生吸引力，铁块就牢牢地与磁铁，铁块就牢牢地与磁铁“粘粘”在一起了。在一起了。磁化后磁化后,磁铁磁铁磁畴磁畴铁、钴、镍等铁磁类物质铁、钴、镍等铁磁类物质第54页，本讲稿共70页磁石在中医上的功效磁石在中医上的功效：头目眩晕、耳鸣耳聋、虚喘，：头目眩晕、耳鸣耳聋、虚

34、喘，烦躁不安，失眠多梦烦躁不安，失眠多梦原理原理：磁石所产生的磁场可以调整人体内的阴阳离子，因：磁石所产生的磁场可以调整人体内的阴阳离子，因而促进血液循环，而促进血液循环，以增加血液中的含氧量，提高免疫能力以增加血液中的含氧量，提高免疫能力。第55页，本讲稿共70页外外加加磁磁场场时时：各各个个磁磁矩矩重重新新排排列列，宏宏观观的的合合成成磁磁矩矩不不再为零，这种现象称为磁化。再为零，这种现象称为磁化。普通物质普通物质铁磁质铁磁质第56页，本讲稿共70页磁场强度磁场强度H H描写磁介质磁化的程度用磁化强度描写磁介质磁化的程度用磁化强度M M来表示。此时来表示。此时磁介质磁介质中的磁场必须引入磁

35、场强度中的磁场必须引入磁场强度H H来描写来描写,它定义为：它定义为：式中式中0 0为真空或空气的磁导率为真空或空气的磁导率0 0=410=410-7-7亨利亨利/米米(H/m)(H/m)。M M和和H H的单位为安培的单位为安培/米米(A/m)(A/m)。在各向同性媒质中在各向同性媒质中M M和和H H方向相同。即有方向相同。即有 整理得整理得第57页，本讲稿共70页 m m称为媒质的称为媒质的磁极化率磁极化率,它是一个没有量纲的纯数。它是一个没有量纲的纯数。=0 0(1+(1+m m)称为媒质的称为媒质的磁导率磁导率。r r=1+=1+m m称为相对称为相对磁导率磁导率。第58页，本讲稿共

36、70页物理意义：物理意义：1.真空中磁感应强度真空中磁感应强度 B 沿任一闭合有向曲线沿任一闭合有向曲线 l 的环量等的环量等于该闭合曲线包围的传导电流强度于该闭合曲线包围的传导电流强度 I 与真空磁导率与真空磁导率 0 的乘积的乘积2.2.恒流磁场是有旋场恒流磁场是有旋场,即在有电流分布的空间任意点即在有电流分布的空间任意点磁场强度磁场强度H H的旋度等于该处的电流密度。的旋度等于该处的电流密度。1.4.3 恒流磁场的基本方程恒流磁场的基本方程微分形式：微分形式：1）安培环路定理：）安培环路定理：第59页，本讲稿共70页物理意义：物理意义：恒流磁场是无源场恒流磁场是无源场,磁感应强度的散度处

37、磁感应强度的散度处处为零处为零,恒定磁场通过任一闭合面的磁通为恒定磁场通过任一闭合面的磁通为0，即，即磁磁感应线是无头无尾的封闭线感应线是无头无尾的封闭线。2）磁通连续性定理：）磁通连续性定理：微分形式：微分形式：B第60页，本讲稿共70页1.4.4.1.4.4.恒定磁场的边界条件恒定磁场的边界条件 若分界面上没有面电流分布时若分界面上没有面电流分布时,则有：则有：1 2B2H1B1H2en推导过程与静电场的情况完全类似。结果如下：推导过程与静电场的情况完全类似。结果如下：当边界上不存在表面电流时，磁场强度的切向分量和磁当边界上不存在表面电流时，磁场强度的切向分量和磁感应强度的法向分量是连续的

38、感应强度的法向分量是连续的第61页，本讲稿共70页2.5 2.5 时变电磁场时变电磁场 随时间变化的电磁场随时间变化的电磁场称为时变电磁场。称为时变电磁场。18311831年法拉第发现电磁感应定律，得出（随时间）年法拉第发现电磁感应定律，得出（随时间）变化的磁场可以产生电场变化的磁场可以产生电场。18641864年麦克斯韦提出位移电流假说，表明（随时年麦克斯韦提出位移电流假说，表明（随时间）间）变化的电场可以产生磁场变化的电场可以产生磁场。第62页，本讲稿共70页变化的磁场可以产生电场变化的磁场可以产生电场变化的电场可以产生磁场变化的电场可以产生磁场第63页，本讲稿共70页1.1.全电流定律全

39、电流定律在前面的课件中讨论了恒定磁场中的安培环路定律在前面的课件中讨论了恒定磁场中的安培环路定律：物理意义：物理意义：磁场强度磁场强度H H沿任一闭合回路的环流等于此闭合回路所包围的沿任一闭合回路的环流等于此闭合回路所包围的传导电流的代数和。传导电流的代数和。那么这个定律是否适用于非恒流磁场（时变电磁场）呢那么这个定律是否适用于非恒流磁场（时变电磁场）呢?第64页，本讲稿共70页如取如取S1S1面：面：如取如取S2S2面：面：非恒流磁场中安培环路定律不适用非恒流磁场中安培环路定律不适用注：位移电流是假象的，不能用注：位移电流是假象的，不能用实验的方法测出实验的方法测出第65页，本讲稿共70页引

40、入位移电流和位移电流密度：引入位移电流和位移电流密度：极板间的位移电流和电容器外的传导电流形成极板间的位移电流和电容器外的传导电流形成全电流全电流i i,构成构成了电流的连续性。此时了电流的连续性。此时安培环路定律安培环路定律修正为修正为Jc为传导电流密度为传导电流密度Jd为位移电流密度为位移电流密度ic为为传导电流传导电流id为位移电流为位移电流全电流定理全电流定理第66页，本讲稿共70页2.2.电磁感应定律电磁感应定律变化的磁场会产生感应电场，磁通量的时间变化率愈大变化的磁场会产生感应电场，磁通量的时间变化率愈大,则则感应电动势愈大、电场愈强感应电动势愈大、电场愈强;反之愈弱反之愈弱磁能生

41、电磁能生电物理意义：物理意义：负号：负号：感应电流在回路中产生的磁场总是阻碍磁通量感应电流在回路中产生的磁场总是阻碍磁通量的变化的变化第67页，本讲稿共70页3.3.高斯定律高斯定律 式中式中V V是封闭曲面是封闭曲面S S所包围的体积所包围的体积,q,q为封闭曲面为封闭曲面S S所包围所包围的自由电荷电量的代数和的自由电荷电量的代数和,为为S S曲面所包围的自由电荷的曲面所包围的自由电荷的体密度。体密度。介质中穿过任一闭合面的电位移的通量等于该闭合面包介质中穿过任一闭合面的电位移的通量等于该闭合面包围的自由电荷，而与束缚电荷无关。围的自由电荷，而与束缚电荷无关。物理意义：物理意义：第68页，本讲稿共70页4.4.磁通连续性原理磁通连续性原理磁感应线永远是闭合的磁感应线永远是闭合的。如果在磁场中取一个封闭面。如果在磁场中取一个封闭面,那那么进入闭合面的磁感应线等于穿出闭合面的磁感应线。这么进入闭合面的磁感应线等于穿出闭合面的磁感应线。这个原理可推广到任意磁场个原理可推广到任意磁场,即不仅适用于恒流磁场即不仅适用于恒流磁场,而且适而且适用于时变磁场。用于时变磁场。物理意义：物理意义：第69页，本讲稿共70页麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组对于各向同性媒质对于各向同性媒质,则有：则有：微分形式微分形式积分形式积分形式第70页，本讲稿共70页