第1章电磁现象的普遍规律精.ppt

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1、第1章电磁现象的普遍规律第1页，本讲稿共44页2.4.1 2.4.1 电磁规律的表述电磁规律的表述 第2页，本讲稿共44页（一）麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式（一）麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式 P1P1一一一一 电荷和电场电荷和电场电荷和电场电荷和电场1 1、定律内容、定律内容、定律内容、定律内容2、场强、场强 叠加原理叠加原理：连续分布时连续分布时 分立分时布分立分时布 库仑定律库仑定律库仑定律库仑定律第3页，本讲稿共44页 P2P2 高斯定理和电场的散度高斯定理和电场的散度高斯定理和电场的散度高斯定理和电场的散度1、点电荷情况：、点电荷情况：2、点电荷组或连续分布情况：、点电荷组或连续分布情

2、况：3、微分形式：、微分形式：奥奥-高积分变换公式：高积分变换公式：第4页，本讲稿共44页 P3P3意义说明意义说明：(1)(2)(3)静电场的旋度静电场的旋度确定一个矢量场需确定一个矢量场需 1、环路定理、环路定理:2、微分形式、微分形式:斯托克斯公式：斯托克斯公式：第5页，本讲稿共44页二二二二 电流和磁场电流和磁场电流和磁场电流和磁场P6P6 电荷守恒定律电荷守恒定律电荷守恒定律电荷守恒定律1、I和和 的关系的关系的关系的关系 2、和和 的关系的关系 3、电荷守恒定律、电荷守恒定律电荷守恒定律的积分形式：电荷守恒定律的积分形式：第6页，本讲稿共44页电荷守恒定律的电荷守恒定律的电荷守恒定

3、律的电荷守恒定律的微分形式微分形式微分形式微分形式：P7P74、稳恒电流条件、稳恒电流条件 毕奥毕奥毕奥毕奥萨伐尔定律萨伐尔定律萨伐尔定律萨伐尔定律1、安培力、安培力2、稳恒电流激发磁场的规律、稳恒电流激发磁场的规律 第7页，本讲稿共44页P8P8 磁场环流和旋度磁场环流和旋度1、安培环路定理、安培环路定理积分形式积分形式:2、的旋度微分形式微分形式:运用斯托克斯公式运用斯托克斯公式 磁场是涡旋场磁场是涡旋场 第8页，本讲稿共44页P9P9 磁场的散度磁场的散度 1、磁场无源（高斯定理）、磁场无源（高斯定理）:2、微分形式、微分形式:讨论：讨论：（1）表明：磁场无散度（无源场）。表明：磁场无散

4、度（无源场）。表明：磁场无散度（无源场）。表明：磁场无散度（无源场）。（2）在数学上，散度为零的矢量场可以表示成另一矢量场）在数学上，散度为零的矢量场可以表示成另一矢量场 的旋度，即的旋度，即磁矢势磁矢势 第9页，本讲稿共44页三三三三 麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组 P12P12 电磁感应定律电磁感应定律电磁感应定律电磁感应定律1、积分形式、积分形式:2、微分形式、微分形式:位移电流位移电流位移电流位移电流第10页，本讲稿共44页麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组P13P131、总结与概括（真空中麦克斯韦方程组）、总结与概括（真空中麦克斯韦方程

5、组）第11页，本讲稿共44页2 2、方程意义、方程意义、方程意义、方程意义P14P14电磁波第12页，本讲稿共44页四、四、四、四、洛伦兹力公式洛伦兹力公式洛伦兹力公式洛伦兹力公式 P15P151、特殊情形、特殊情形 2、普通情况、普通情况第13页，本讲稿共44页综综综综 述述述述P16P16第14页，本讲稿共44页（二）（二）（二）（二）介质的电磁性质方程介质的电磁性质方程介质的电磁性质方程介质的电磁性质方程P17P17一、一、一、一、介质的概念介质的概念介质的概念介质的概念1、介质的特点、介质的特点 对对于于介介质质，从从微微观观上上看看都都是是由由带带正正电电或或负负电电的的粒粒子子组组

6、成成的的集集合合.介介质质在在宏宏观观电电磁磁场场的的作作用用下下，将将被被极极化化和和磁磁化化，即即出出现现宏宏观观的的附附加加电电荷荷和和电电流流，这这些些附附加的电荷和电流也要激发电磁场，使原来的宏观电磁场有所改变。加的电荷和电流也要激发电磁场，使原来的宏观电磁场有所改变。第15页，本讲稿共44页 2 2、介质模型、介质模型、介质模型、介质模型P18P18第16页，本讲稿共44页 二、二、二、二、介质极化介质极化介质极化介质极化P19P191、描写介质极化的程度和状态描写介质极化的程度和状态极化强度矢量：极化强度矢量：第17页，本讲稿共44页P20P202、极化强度与极化电荷的关系极化强

7、度与极化电荷的关系（1）极化电荷体密度）极化电荷体密度 +ql+q+q-q-q-q第18页，本讲稿共44页讨论：讨论：讨论：讨论：P21P21一般非均匀极化，一般非均匀极化，当均匀极化时，当均匀极化时，对于均匀介质，以后可以证明：束缚电荷只出现在自由对于均匀介质，以后可以证明：束缚电荷只出现在自由 电荷附近及介质界面处。电荷附近及介质界面处。第19页，本讲稿共44页P22P22（2）极化电荷面密度）极化电荷面密度 讨论：讨论：当当2区为真空时，有：区为真空时，有：第20页，本讲稿共44页P23P233 3、介质中场方程及介电常数介质中场方程及介电常数介质中场方程及介电常数介质中场方程及介电常数

8、第21页，本讲稿共44页P24P24讨论讨论：第22页，本讲稿共44页三、三、三、三、介质磁化介质磁化介质磁化介质磁化P25P251、磁化强度、磁化强度分子磁矩为分子磁矩为:定义磁化强度为：定义磁化强度为：2、磁化电流与、磁化电流与 的关系的关系 （1）磁化体电流）磁化体电流 第23页，本讲稿共44页（2）磁化面电流）磁化面电流 P26P26当第二种介质为真空时当第二种介质为真空时,第24页，本讲稿共44页3、极化电流、极化电流 P27P274、介质中的磁场方程及磁导率、介质中的磁场方程及磁导率介质内总诱导电流为介质内总诱导电流为:介质存在时，介质存在时，第25页，本讲稿共44页即：即：即：即

9、：P28P28若引入若引入:则则 各向同性非铁磁质各向同性非铁磁质第26页，本讲稿共44页四、介质中麦克斯韦方程组四、介质中麦克斯韦方程组P29P29介质中的麦克斯韦方程组为介质中的麦克斯韦方程组为介质状态方程介质状态方程简单形式：简单形式：反映介质的介电、导磁、导电性质。反映介质的介电、导磁、导电性质。各向异性、线性：各向异性、线性：第27页，本讲稿共44页P30P30或或 第28页，本讲稿共44页5.5.5.5.电磁场的边值关系电磁场的边值关系电磁场的边值关系电磁场的边值关系一、法向分量一、法向分量可见：使 发生跃变；若 则 连续。1、电场、电场P31P31第29页，本讲稿共44页2 2、

10、磁场、磁场、磁场、磁场即法向分量连续即法向分量连续即法向分量连续即法向分量连续二、切向分量二、切向分量1 1、面电流分布、面电流分布、面电流分布、面电流分布2 2、的切向分量不的切向分量不的切向分量不的切向分量不连续连续连续连续：P32P32第30页，本讲稿共44页综上，边值关系为综上，边值关系为3、的切向分量连续P33P33第31页，本讲稿共44页例题：充有两层均匀介质的平行板电容器，求其中 、应用应用 得得 束束缚电缚电荷只分布于分界面或表面荷只分布于分界面或表面P34P34第32页，本讲稿共44页6.6.电磁场的能量和能流电磁场的能量和能流一、电磁场的物质性一、电磁场的物质性 电磁场是一

11、种物质，存在内部运动，与其它物质形式相互作用时发电磁场是一种物质，存在内部运动，与其它物质形式相互作用时发生运动形式转化，但遵循普遍的能量守恒、动量守恒、角动量守恒等。生运动形式转化，但遵循普遍的能量守恒、动量守恒、角动量守恒等。二、场和电荷系统的能量守恒一般形式二、场和电荷系统的能量守恒一般形式电磁能分布于场中，随场运动，能量在空间传播，引用两物理量描述：电磁能分布于场中，随场运动，能量在空间传播，引用两物理量描述：P35P35第33页，本讲稿共44页能量守恒律的积分式为能量守恒律的积分式为相应的微分式为相应的微分式为讨论讨论:若 ，即包括整个空间，则 ，有表示场对电荷做总功率表示场对电荷做

12、总功率=场能减少率，总能量守恒。场能减少率，总能量守恒。P36P36第34页，本讲稿共44页三、W 和 S 的表示式依据：麦克斯韦方程组，洛仑兹力公式。可以给出结果依据：麦克斯韦方程组，洛仑兹力公式。可以给出结果 P37P37公式推导公式推导:应用麦克斯韦方程组第35页，本讲稿共44页和洛仑兹力公式等结合公式可给出电磁场对电荷系统所做的功率密度为P38P38第36页，本讲稿共44页P39P39将上述关系与对比，可得下面给出讨论：第37页，本讲稿共44页1、真空情形、真空情形场自由电荷，真空场的能流密度矢量和能量密度为P40P40第38页，本讲稿共44页2、介质情形、介质情形场 介质(含导电)对

13、于线性介质有：对于线性介质有：P41P41第39页，本讲稿共44页四、电磁能量传输四、电磁能量传输1、总体规律、总体规律电磁波中能量在场中传播；电路中能量仍在场中传播。电磁波中能量在场中传播；电路中能量仍在场中传播。2、恒定电路或低频交流电路情形、恒定电路或低频交流电路情形在电路中，物理系统能量包括 P42P42电子运动动能电子运动动能 导线内电流密度 ，电子运动平均漂移速度。一般金属中 ，动能亦小。表明电路传输能量不是以电荷作为能量载体，即电磁能不是通过电流传输过去的。第40页，本讲稿共44页场能传输图象场能传输图象 导体、用电器上耗能完全在场中传输，即电磁能在导线附近电磁导体、用电器上耗能

14、完全在场中传输，即电磁能在导线附近电磁场中沿一定方向传输，传输中部分能量流入导线电阻耗掉场中沿一定方向传输，传输中部分能量流入导线电阻耗掉(线路损耗线路损耗)、部分能量流向负载、部分能量流向负载(供电供电)。P43P43例题：例题：同轴传输线，内外半径为同轴传输线，内外半径为a、b，两极电压为，两极电压为U。第41页，本讲稿共44页(1)无电阻时，求介质中的 及传输功率P 设内导体电荷线密度 、介质 ，应用高斯定理、安培定理给出介质内的电场、磁场为P44P44第42页，本讲稿共44页代入得代入得传输功率传输功率表明电路中传输的功率在场中进行。表明电路中传输的功率在场中进行。P45P45第43页，本讲稿共44页(2)计及电阻时计及电阻时内电极导体内、外的电场分别为内电极导体内、外的电场分别为 长一段从表面流入的能量为R为电阻，全部转化为消耗的焦耳热功率。为电阻，全部转化为消耗的焦耳热功率。其中其中P46P46第44页，本讲稿共44页