电磁场与电磁波理论课件PPT第2章培训讲学.ppt

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1、电磁场与电磁波理论课件PPT第2章电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-2基本要求基本要求掌握电荷密度、电场强度、极化强度、电位掌握电荷密度、电场强度、极化强度、电位移矢量、电流强度、磁感应强度、磁场强度移矢量、电流强度、磁感应强度、磁场强度等物理量的基本概念；等物理量的基本概念；掌掌握握库库仑仑定定律律等等电电磁磁场场基基本本定定律律和和麦麦克克斯斯韦韦方程组；方程组；掌掌握握边边界界条条件件的的一一般般形形式式以以及及三三种种常常用用的的边边界

2、条件。界条件。电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-32.1 基本电磁物理量基本电磁物理量I2.1.1 电荷密度电荷密度I2.1.2 电场强度电场强度I2.1.3 电极化强度电极化强度I2.1.4 电位移电位移I2.1.5 电流密度电流密度I2.1.6 磁感应强度磁感应强度I2.1.7 磁化强度磁化强度I2.1.8 磁场强度磁场强度I基本电磁物理量的关系基本电磁物理量的关系电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第

3、第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-42.1.1 电荷密度电荷密度（Charge Density）I带电体以及带电体的电量带电体以及带电体的电量I体电荷密度体电荷密度I面电荷密度面电荷密度I线电荷密度线电荷密度I点电荷的体电荷密度点电荷的体电荷密度I狄拉克函数的性质狄拉克函数的性质I带电体的总电量带电体的总电量电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-5带电体以及带电体的电量带电

4、体以及带电体的电量根根据据物物质质的的结结构构理理论论，带带电电体体所所带带电电量量是是不不连连续续分分布布的的，它它必必为为电电子子电电量量的的整整数数倍倍。但但是是，当当我我们们观观察察一一个个带带电电物物体体的的宏宏观观电电特特性性时时，所所观观察察到到的的往往往往是是大大量量带带电电微微粒粒的的平平均均效效应应。因因此此，可可以以将将带带电电体体内内的的电电荷荷分分布布近近似似视视为为是是连连续续的的，从从而而采采用用电电荷荷密密度度来来描描述述它它的的电电荷荷分分布布状状况况。根根据据带带电电体体的的形形状状，可可以以分分别别采采用用体体电电荷荷密密度度、面面电电荷荷密密度度和和线电

5、荷密度来表示。线电荷密度来表示。电量（电量（或或 ）带电体所带电荷的量值。电量是一带电体所带电荷的量值。电量是一个标量，单位是库仑（个标量，单位是库仑（）。）。体电荷体电荷连续分布在体积连续分布在体积 内的电荷。内的电荷。体电荷密度体电荷密度 单位体积内的电荷。单位体积内的电荷。体电荷的总电量体电荷的总电量电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-6体电荷以及体电荷密度体电荷以及体电荷密度（volume charge density）（2.1.1）（2

6、.1.2）面电荷面电荷分布在一个表面积为分布在一个表面积为 的薄层上的电荷。的薄层上的电荷。面电荷密度面电荷密度 单位面积上的电荷。单位面积上的电荷。面电荷的总电量面电荷的总电量电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-7面电荷以及面电荷密度面电荷以及面电荷密度（surface charge density）（2.1.3）（2.1.4）线电荷线电荷分布在一个长度为分布在一个长度为 的细线上的电荷。的细线上的电荷。线电荷密度线电荷密度 单位长度上的电荷。

7、单位长度上的电荷。线电荷的总电量线电荷的总电量电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-8线电荷以及线电荷以及线电荷密度线电荷密度（line charge density）（2.1.5）（2.1.6）电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-9点电荷以及点电荷的体电荷密度点电荷以及点电荷的体电荷密度（2.1.7

8、）点电荷系点电荷系 的电荷密度的电荷密度（2.1.12）点点电电荷荷一一个个体体积积很很小小而而电电量量很很大大的的带带电电小小球球体体。当当观观察察点点至至带带电电体体的的距距离离远远大大于于带带电电体体本本身身的的尺尺寸寸时时，常常常常忽忽略略带带电电体体的的大大小小和和形形状状给给计计算算带带来来的的影影响响，近近似似地地将将该该带带电体视为一个点电荷。电体视为一个点电荷。单位点电荷的密度单位点电荷的密度带电量为带电量为1库仑的点电荷的电荷密度库仑的点电荷的电荷密度 空间任一积分区域空间任一积分区域 在点在点 上连续的任一标量函数上连续的任一标量函数狄拉克（狄拉克（Dirac）函数的性质

9、）函数的性质电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-10（2.1.8）（2.1.9）（2.1.10）电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-11带电体的总电量带电体的总电量在空间的同一位置只能存在一种电荷分布。在空间的同一位置只能存在一种电荷分布。空间的总电量空间的总电量各种不同形式的电荷分布的关系（电荷元

10、）各种不同形式的电荷分布的关系（电荷元）（2.1.14）电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-122.1.2 电场强度电场强度（Electric Field Intensity）I试验电荷和电场力试验电荷和电场力I电场强度和电力线电场强度和电力线电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-13试验电荷（试验电

11、荷（test charge）电量足够小的点电荷。电量足够小的点电荷。它的引入不会对原有的电场产生影响。它的引入不会对原有的电场产生影响。试试验验表表明明，电电场场力力的的大大小小与与试试验验电电荷荷的的电电量量成成正正比比。并并且且这这个个比比值值与与试试验验电电荷荷的的大大小小无无关关，仅仅随随试试验验电电荷荷所所处处的的位位置而变化，很适合于用来描述电场的性质。置而变化，很适合于用来描述电场的性质。试验电荷和电场力试验电荷和电场力电场力（电场力（electric force）带电体在电场中所承受的带电体在电场中所承受的 电场对它的作用力。电场对它的作用力。电场强度电场强度 单位正电荷所受到

12、的电场力。单位正电荷所受到的电场力。电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-14（2.1.15）电力线电力线用来形象地表示空间电场分布的空间有向曲线。用来形象地表示空间电场分布的空间有向曲线。其稀疏密度表示电场强度的大小，而其切线方向其稀疏密度表示电场强度的大小，而其切线方向 表示电场强度的方向。表示电场强度的方向。几种典型的电力线分布几种典型的电力线分布电场强度和电力线电场强度和电力线电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电

13、磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-152.1.3 电极化强度电极化强度（Polarization Vector）I1.电偶极子和电偶极矩矢量电偶极子和电偶极矩矢量I2.电介质的极化和电极化强度电介质的极化和电极化强度I3.电介质中的电场电介质中的电场电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-161.电偶极子和电偶极矩矢量电偶极子和电偶极矩矢量 电偶极子（电偶极子（d

14、ipole）电介质（即绝缘体）中的电介质（即绝缘体）中的 分子在电场的作用下所形成的分子在电场的作用下所形成的 一对一对的等值异号的点电荷。一对一对的等值异号的点电荷。电偶极矩矢量（电偶极矩矢量（dipole moment）大小等于点电荷的电量和间距的乘积，大小等于点电荷的电量和间距的乘积，方向由负电荷指向正电荷方向由负电荷指向正电荷（2.1.17）电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-172.电介质的极化和电极化强度电介质的极化和电极化强度电介质

15、的极化（电介质的极化（polarize）电介质电介质在电场的作用下，无极在电场的作用下，无极性介质的分子的正负电荷中心相对位移，形成与外电场同方性介质的分子的正负电荷中心相对位移，形成与外电场同方向的电偶极子；而极性介质的电偶极矩矢量的取向将趋于与向的电偶极子；而极性介质的电偶极矩矢量的取向将趋于与外电场方向一致。电介质的表面将出现面极化电荷，而其内外电场方向一致。电介质的表面将出现面极化电荷，而其内部也可能出现体极化电荷。部也可能出现体极化电荷。电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象

16、的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-18电极化强度电极化强度 单位体积内分子电偶极距的矢量和。单位体积内分子电偶极距的矢量和。（2.1.18）式中的式中的 是一个无限小的量，它应远小于介质的非均匀是一个无限小的量，它应远小于介质的非均匀性。但是它是一个相对无限小，而不是数学上的绝对无限性。但是它是一个相对无限小，而不是数学上的绝对无限小，它应大于分子、原子的间距。小，它应大于分子、原子的间距。若在介质中任取一个闭合曲面若在介质中任取一个闭合曲面 ，可以证明，可以证明（2.1.19）极化电荷和束缚电荷（极化电荷和束缚电荷（bound volume charge）2.电介质的极化和电极化强度电介

17、质的极化和电极化强度合成电场合成电场外加电场与由极化电荷所产生的附加电场之和外加电场与由极化电荷所产生的附加电场之和 一般情况下，附加电场与外加电场方向相反，故一般情况下，附加电场与外加电场方向相反，故线性各向同性（线性各向同性（isotropic）的电介质中的极化强度）的电介质中的极化强度电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-193.电介质中的电场电介质中的电场（2.1.21）真空介电常数（真空介电常数（permittivity）在各向异性（在各

18、向异性（anisotropism）的介质中（等离子体）极化强）的介质中（等离子体）极化强度与合成电场具有不同方向。度与合成电场具有不同方向。电极化率（电极化率（electric susceptibility）（2.1.20）电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-202.1.4 电位移电位移（Electric Flux Density）I电位移或电通量密度的定义电位移或电通量密度的定义I线性各向同性的电介质中的电位移线性各向同性的电介质中的电位移I相

19、对介电常数和（绝对）介电常数相对介电常数和（绝对）介电常数 电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-21电位移的定义电位移的定义电位移或电通量密度是为了便于计算引出的量电位移或电通量密度是为了便于计算引出的量电位移又称为电通量密度电位移又称为电通量密度电位移的定义电位移的定义（2.1.22）电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏

20、观电磁现象的基本规律2-22线性各向同性的电介质中的电位移线性各向同性的电介质中的电位移线性各向同性的电介质线性各向同性的电介质线性各向同性的电介质中的电位移线性各向同性的电介质中的电位移（2.1.23）（2.1.21）电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-23相对介电常数和（绝对）介电常数相对介电常数和（绝对）介电常数 相对介电常数相对介电常数 （绝对）介电常数（绝对）介电常数（2.1.25）（2.1.24）电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电

21、磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-24表表2.1.1 几种常见的电介质的相对介电常数几种常见的电介质的相对介电常数在各向异性的介质（等离子体）中电位移与电场也将具有在各向异性的介质（等离子体）中电位移与电场也将具有不同方向。其介电常数和相对介电常数不再为常数，而是不同方向。其介电常数和相对介电常数不再为常数，而是所谓的所谓的“张量张量”。电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现

22、象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-252.1.5 电流密度电流密度（Current Density）I电流和电流密度电流和电流密度I体电流密度体电流密度I运动电荷的电流密度运动电荷的电流密度I欧姆（欧姆（Ohm）定律的微分形式）定律的微分形式I面电流密度面电流密度I线电流和电流元线电流和电流元I空间总电流空间总电流电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-26电流的正方向习惯上规定为正电荷运动的方向。电流的正方向习惯上规定为正电荷运动的方向。若电

23、流强度的大小不随时间而变化，则该电流称为恒定电若电流强度的大小不随时间而变化，则该电流称为恒定电流；否则，称为时变电流。流；否则，称为时变电流。在导电媒质中形成电流称为传导电流。在导电媒质中形成电流称为传导电流。在真空中或自由空间中的自由电荷的运动形成的电流称为在真空中或自由空间中的自由电荷的运动形成的电流称为运流电流。运流电流。电流和电流密度电流和电流密度电流电流 单位时间内穿过某一截面的电荷量单位时间内穿过某一截面的电荷量（2.1.26）电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本

24、规律章宏观电磁现象的基本规律2-27电流强度给出了单位时间内穿过某一截面总的电量，但它电流强度给出了单位时间内穿过某一截面总的电量，但它并没有给出单位时间内穿过截面任一点的电量及电荷运动并没有给出单位时间内穿过截面任一点的电量及电荷运动方向，故引入电流密度的概念来弥补这一不足。方向，故引入电流密度的概念来弥补这一不足。严格地讲，电流应该在一定的体积中流动。但是，为了分严格地讲，电流应该在一定的体积中流动。但是，为了分析方便起见，在电磁理论中，可以根据具体情况将电流视析方便起见，在电磁理论中，可以根据具体情况将电流视为体电流、面电流和线电流。为体电流、面电流和线电流。对应于体电流、面电流和线电流

25、，分别可以定义体电流密对应于体电流、面电流和线电流，分别可以定义体电流密度和面电流密度。至于线电流，其电流的方向就是承载该度和面电流密度。至于线电流，其电流的方向就是承载该电流的导线的方向。电流的导线的方向。电流和电流密度电流和电流密度体电流体电流电荷在具有一定截面的体积内运动形成的电流。电荷在具有一定截面的体积内运动形成的电流。体电流的面密度体电流的面密度 大小等于单位时间内穿过垂直于大小等于单位时间内穿过垂直于 该电流的单位面积的电量，或等于穿过垂直于该电流的单该电流的单位面积的电量，或等于穿过垂直于该电流的单位面积的电流，方向与该点正电荷的运动方向一致。位面积的电流，方向与该点正电荷的运

26、动方向一致。电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-28体电流密度体电流密度（2.1.27）与电流方向垂直的截面。与电流方向垂直的截面。电流方向与所取截面的电流方向与所取截面的 法向方向之间的夹角。法向方向之间的夹角。具有体密度具有体密度 的电荷以速度的电荷以速度 运动，则所形成电流的电运动，则所形成电流的电流密度可以表示成流密度可以表示成体电流的总电流体电流的总电流电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2

27、2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-29运动电荷的电流密度运动电荷的电流密度（2.1.28）（2.1.29）电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-30欧姆（欧姆（Ohm）定律的微分形式）定律的微分形式电导率，单位是西门子每米电导率，单位是西门子每米导电媒质中任一点体电流密度与该点的电场强度成正比。导电媒质中任一点体电流密度与该点的电场强度成正比。（2.1.30）电阻率，单位是是欧姆米

28、电阻率，单位是是欧姆米电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-31表表2.1.2 几种常见的导电媒质的电导率几种常见的导电媒质的电导率面电流面电流电荷集中在一个很薄的表层运动所形成的电流。电荷集中在一个很薄的表层运动所形成的电流。面电流的线密度面电流的线密度 大小等于单位时间内穿过垂直于大小等于单位时间内穿过垂直于 该电流的单位长度的电量，或等于穿过垂直于该电流的单该电流的单位长度的电量，或等于穿过垂直于该电流的单位长度的电流，方向与该点正电荷的运动

29、方向一致。位长度的电流，方向与该点正电荷的运动方向一致。电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-32（2.1.31）面电流密度面电流密度 与电流方向垂直的截面。与电流方向垂直的截面。电流方向与所取线段的电流方向与所取线段的 垂线之间的夹角。垂线之间的夹角。线电流和电流元线电流和电流元 电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁

30、现象的基本规律2-33（2.1.33）线电流线电流电荷集中在很细的线状物体上运动所形成的电流。电荷集中在很细的线状物体上运动所形成的电流。电流元（电流元（current element）及其转换关系）及其转换关系空间的总电流空间的总电流电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-34在空间的同一位置只能存在一种电流分布。在空间的同一位置只能存在一种电流分布。空间的总电流空间的总电流各种不同形式的电流分布的关系（电流元）各种不同形式的电流分布的关系（电流元

31、）（2.1.33）电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-35I洛仑兹力洛仑兹力I磁感应强度和磁力线磁感应强度和磁力线I运动电荷所承受的洛仑兹力运动电荷所承受的洛仑兹力I不同形式的电流所受到的磁场力不同形式的电流所受到的磁场力2.1.6 磁感应强度磁感应强度（Magnetic Flux Density）电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的

32、基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-36洛仑兹力是指运动电荷在磁场中洛仑兹力是指运动电荷在磁场中所受到的磁场对它的作用力，所受到的磁场对它的作用力，洛洛仑仑兹兹力力 的的大大小小与与乘乘积积 成成正正比比，而而方方向向随随电电荷荷运运动动方方向向与与磁场方向的夹角磁场方向的夹角 的不同而变化。的不同而变化。（2.1.24）当电荷运动方向与磁场方向一致时，这个电荷所承受的洛仑当电荷运动方向与磁场方向一致时，这个电荷所承受的洛仑兹力为零；而当电荷运动方向与磁场方向垂直时，这个电荷兹力为零；而当电荷运动方向与磁场方向垂直时，这个电荷所承受的洛仑兹力达到最大。所承受的洛仑兹力达到最大。洛仑兹（洛仑兹（

33、Lorentz）力力 电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-37磁感应强度和磁力线磁感应强度和磁力线（2.1.34）磁力线磁力线用来形象地表示空间磁场分布的有向曲线。其稀用来形象地表示空间磁场分布的有向曲线。其稀疏密度表示磁场的大小，而其切线方向表示磁场的方向。疏密度表示磁场的大小，而其切线方向表示磁场的方向。磁感应强度磁感应强度 大小等于洛仑兹力的最大值大小等于洛仑兹力的最大值 与乘积与乘积 的比值，方向为该磁场的方向。的比值，方向为该磁场的方向

34、。电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-38静止电荷不会受到洛仑兹力的作用。静止电荷不会受到洛仑兹力的作用。运运动动电电荷荷所所承承受受的的洛洛仑仑兹兹力力始始终终与与电电荷荷的的运运动动速速度度矢矢量量相相垂垂直直，即即洛洛仑仑兹兹力力的的作作用用仅仅能能改改变变电电荷荷运运动动的方向，而不能改变电荷运动的速度。的方向，而不能改变电荷运动的速度。磁场与运动电荷之间不存在能量的相互交换。磁场与运动电荷之间不存在能量的相互交换。（2.1.35）运动电

35、荷所承受的洛伦兹力运动电荷所承受的洛伦兹力电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-39（2.1.36）运动电荷所对应的电流元运动电荷所对应的电流元电流元、线电流、面电流和体电流所受到的磁场力电流元、线电流、面电流和体电流所受到的磁场力（2.1.38）（2.1.37）（2.1.39）不同形式的电流所受到的磁场力不同形式的电流所受到的磁场力电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观

36、电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-402.1.7 磁化强度磁化强度（Magnetization Vector）I1.磁偶极子和磁偶极矩矢量磁偶极子和磁偶极矩矢量I2.磁介质的磁化和磁化强度磁介质的磁化和磁化强度I3.磁介质中的磁场磁介质中的磁场磁偶极矩矢量（磁偶极矩矢量（magnetic dipole moment）大小等于电流和小环面积的乘积，方向为小环的法向大小等于电流和小环面积的乘积，方向为小环的法向 方向，其正方向与电流的流向之间符合右手螺旋关系方向，其正方向与电流的流向之间符合右手螺旋关系电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场

37、与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-411.磁偶极子和磁偶极矩矢量磁偶极子和磁偶极矩矢量磁偶极子（磁偶极子（magnetic dipole）面积为面积为 的小电流环的小电流环（2.1.40）电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-42磁介质的磁化（磁介质的磁化（magnetism）当存在外磁场时，磁介质当存在外磁场时，磁介质中的磁偶极矩的取向将发生变化，使磁偶极

38、矩的矢量和不中的磁偶极矩的取向将发生变化，使磁偶极矩的矢量和不为零，对外呈现磁效应，即磁介质被磁化。为零，对外呈现磁效应，即磁介质被磁化。2.磁介质的磁化和磁化强度磁介质的磁化和磁化强度电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-43磁化强度磁化强度 单位体积内分子磁偶极距的矢量和。单位体积内分子磁偶极距的矢量和。（2.1.41）式式中中的的 是是一一个个无无限限小小的的量量，它它应应远远小小于于介介质质的的非非均均匀匀性性。但但是是它它是是一一个个相相

39、对对无无限限小小，而而不不是是数数学学上上的的绝绝对对无无限限小，它应大于分子、原子的间距。小，它应大于分子、原子的间距。2.磁介质的磁化和磁化强度磁介质的磁化和磁化强度电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-44合成磁场合成磁场 外加磁场外加磁场 与附加磁场与附加磁场 之和之和磁介质材料不同，磁化后所产生的附加磁场也不同。磁介质材料不同，磁化后所产生的附加磁场也不同。附加磁场附加磁场 磁偶极子重新排列所产生的磁场磁偶极子重新排列所产生的磁场（2.1

40、.42）例如铝、氧、锰等例如铝、氧、锰等 例如铜、金、银、氢等例如铜、金、银、氢等 3.磁介质中的磁场磁介质中的磁场例如铁、镍、钴等例如铁、镍、钴等 电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-452.1.8 磁场强度磁场强度（Magnetic Field Intensity）I磁场强度的定义磁场强度的定义I线性各向同性的磁介质中的磁感应强度线性各向同性的磁介质中的磁感应强度I相对磁导率和（绝对）磁导率相对磁导率和（绝对）磁导率电磁场与电磁波理论电磁场与

41、电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-46磁场强度的定义磁场强度的定义真空磁导率（真空磁导率（permeability）磁场强度是为了便于计算引出的量磁场强度是为了便于计算引出的量（2.1.43）更常用更常用对比电场对比电场电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-47线性各向同性的磁介质中的磁感应强度线性各向同性的磁介质中的磁感应

42、强度（2.1.44）磁介质的磁化率磁介质的磁化率（susceptibility）（2.1.46）线性各向同性的磁介质线性各向同性的磁介质线性各向同性的磁介质中的磁感应强度线性各向同性的磁介质中的磁感应强度（绝对）磁导率（绝对）磁导率电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-48相对磁导率和（绝对）磁导率相对磁导率和（绝对）磁导率（2.1.47）（2.1.48）相对磁导率相对磁导率 电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论

43、第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-49表表2.1.3 几种常见的磁介质的相对磁导率几种常见的磁介质的相对磁导率在各向异性的磁介质（铁氧体）中磁感应强度与磁场也将在各向异性的磁介质（铁氧体）中磁感应强度与磁场也将具有不同方向。其磁导率和相对磁导率不再为常数，而是具有不同方向。其磁导率和相对磁导率不再为常数，而是所谓的所谓的“张量张量”。电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2

44、-50 基本电磁物理量的关系基本电磁物理量的关系电场力电场力磁磁场力场力欧姆定律的微分形式欧姆定律的微分形式电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-512.2 电磁场基本定律电磁场基本定律I电磁学的三个基本定律电磁学的三个基本定律I2.2.1 库仑定律库仑定律I2.2.2 环量定律和高斯定律环量定律和高斯定律I2.2.3 安培定律与比奥安培定律与比奥沙伐定律沙伐定律I2.2.4 磁通连续性定律和安培环路定律磁通连续性定律和安培环路定律I2.2.5 法

45、拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律I2.2.6 电荷守恒定律电荷守恒定律电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-52电磁学的三个基本定律电磁学的三个基本定律电磁学的电磁学的电磁学的电磁学的三大基本实验定律三大基本实验定律三大基本实验定律三大基本实验定律 库仑定律库仑定律库仑定律库仑定律安培定律安培定律安培定律安培定律（比奥（比奥（比奥（比奥萨法尔定律）萨法尔定律）萨法尔定律）萨法尔定律）法拉第法拉第法拉第法拉第电磁感应定律电磁感应定律电磁感应定律电磁

46、感应定律静静静静电场电场电场电场的的的的环环环环量定律量定律量定律量定律 静静静静电场电场电场电场的的的的高斯定律高斯定律高斯定律高斯定律 恒定磁恒定磁恒定磁恒定磁场场场场的的的的磁通磁通磁通磁通连续连续连续连续性定律性定律性定律性定律恒定磁恒定磁恒定磁恒定磁场场场场的的的的安培安培安培安培环环环环路定律路定律路定律路定律 麦克斯麦克斯麦克斯麦克斯韦韦韦韦方程方程方程方程 位移电流假设位移电流假设位移电流假设位移电流假设电荷守恒定律电荷守恒定律电荷守恒定律电荷守恒定律电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基

47、本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-532.2.1 库仑定律库仑定律（Coulombs Law）I库仑定律及其应用库仑定律及其应用I不同电荷分布的电场强度不同电荷分布的电场强度I几种典型的电场线分布几种典型的电场线分布电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-54库仑定律及其应用库仑定律及其应用在在真真空空中中有有两两个个点点电电荷荷之之间间相相互互作作用用力力的的大大小小与与电电量量的的乘乘积积成成正正比比，与与它它们们之之间间

48、距距离离的的平平方方成成反反比比，作作用用力力的的方方向向沿沿着着它它们们的的连连线线，同同性性电荷相互排斥，异性电荷相互吸引。电荷相互排斥，异性电荷相互吸引。（2.2.1）电荷之间的相互作用力满足牛顿第三定律且服从叠加原理。电荷之间的相互作用力满足牛顿第三定律且服从叠加原理。电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-55点电荷系对实验电荷点电荷系对实验电荷 的作用力的作用力（2.2.8）点电荷点电荷 对实验电荷对实验电荷 的作用力的作用力（2.2.6

49、）库仑定律及其应用库仑定律及其应用电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-56不同电荷分布的电场强度不同电荷分布的电场强度I点电荷的电场点电荷的电场I点电荷系的电场点电荷系的电场I体电荷分布的电场体电荷分布的电场I面电荷分布的电场面电荷分布的电场I线电荷分布的电场线电荷分布的电场I几种典型的电场的电力线分布几种典型的电场的电力线分布总电场等于所有不同的电荷分布产生的电场叠加。总电场等于所有不同的电荷分布产生的电场叠加。电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波

50、理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-57点电荷点电荷 的电场的电场（2.2.7）电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律2-58点电荷系的电场点电荷系的电场（2.2.9）点电荷系点电荷系电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论第第第第2 2章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本规律章宏观电磁现象的基本