电磁场第一章 电磁现象的普遍规律ppt课件.ppt

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1、研究生学位课程（1）研究生学位课程电磁理论电磁场理论TheoryofElectromagneticfields主讲哈工大江滨浩教授电磁现象的普遍规律第一章普照电磁场天地的太阳本章内容1.1麦克斯韦之前的电磁学说－基本实验定律之回顾1.2麦克斯韦方程组与洛伦兹力1.3媒质的电磁性质－物性方程1.4衔接（边界）条件1.5电磁场之能量与能流1.6Maxwell方程组的完备性11.1基本实验定律之回顾1.1麦克斯韦之前的电磁学说－基本实验定律之回顾库仑（Coulumb）定律与静电场电荷守恒定律－电流连续方程毕奥－萨伐尔（Biot-Savard）定

2、律与恒定磁场法拉第（Faraday）定律2库仑定律与静电场超距作用：电荷－电荷近距作用：电荷－场－电荷库仑（Coulomb）定律电场两电荷之间之作用力（电荷对电荷)电场的基本性质：对电荷有力的作用，局内场/局外场自由空间中的电荷静止，场与时间无关，静电场库仑定律是力的方向、力与距离的平方反比关系，其系数定义了电荷的单位（国际单位制）3叠加原理场的叠加原理（力的叠加性导致静电场的叠加性）Q1QnQi电荷系在空间某点产生的电场强度等于组成该电荷系的各点电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和－平行四边型法则叠加原理的条件？4连续电荷的静电场连续

3、电荷密度分布连续电荷的静电场分布积分是一致收敛的，因此积分和极限运算可换顺序面电荷和线电荷分布是体电荷的极限情况，上式具有一般性但上式不是求解静电场分布的有效公式，为什么？5高斯定理静电场的高斯（Gauss）定理静电场对任一闭合曲面的通量等于面内电荷与真空介电常数比值它反映了电荷分布与电场强度在给定区域内的关系，不反应电场的点与点间的关系它可直接求解对称性情况下的静电场数学上Gauss定理：6静电场的散度高斯定理的微分形式－静电场的散度：有源场：（散度不为零）电荷为电场之源－静电场是有源场局域性：电场的散度仅仅与当地的电荷相关，与其它点的

4、无关刻划静电场在空间各点发散和会聚情况：电力线由正电荷（源）发出，而汇于负电荷（汇），电荷为零处电力线连续(无源(正源)(负源)7高斯定理的证明（1）S面对原点所张的立体角8高斯定理的证明（2）由于当时，故积分只需在的小球体上进行:重要关系式：函数的取样性：9静电场的环量和旋度Stokes定理:环量：旋度：10静电场的无旋性环量为零静电场对电荷作功与路径无关，保守力场无旋性：静电场的基本方程之一电力线永不闭合，与散度方程一致再根据有如下关系等价自由空间中静电场（库仑）理论：11静电场无旋性的直接证明12典型电场分布电偶极子均匀带电直导线1

5、3+平行平面场传导电流传导电流电荷在导电媒质或真空中的规则、定向、宏观运动－单位时间内通过某一横截面的电量－电流体(面）密度矢量电流面（线）密度单位面积的电流强度正电荷的运动方向有－电流体密度矢量的极限表达结果14电荷守恒定律电荷守恒(电荷不生不灭)定律：单位时间流出区域V的电荷总量等于V内电量的减少率微分形式（电流连续方程）：若空间各点电荷与时间无关－稳恒电流：此类方程可以推广至各种物理量的密度和通量关系KCL的物理实质是连续性方程，试由连续性方程导出KCL适用范围？15课堂休息课堂休息（1）♨体（线）电流元：磁场的基本属性：对运动电荷

6、有作用力－洛仑兹力：－磁感应强度矢量：毕－萨定律稳恒体电流激发磁场：毕奥－萨伐尔定律与静磁场细导线（闭合回路）激发的磁场为：电荷受的最大磁力垂直于16静磁场的基本方程组待证明静磁场的基本方程组(电）磁矢势重要关系式散度方程：旋度方程：证明：两通电闭合电流之间的相互作用力（安培力）满足牛顿第三定律17静磁场的无源性和有旋性积分形式－磁通连续原理－安培环路定理稳恒磁场是无源、有旋场磁力线是闭合线，且与闭合的电流矢量线相链！（右手关系)18静磁场的旋度证明类比求时做法♨或利用和函数的取样性来证明19静磁矢势是无源的当积分区域充分大时，表面无电流

7、，第一项为零若为稳恒电流，电流是无源的，，第二项为零♨20典型磁场分布21长直载流导线产生的磁感应强度磁偶极（元电流环)磁场Faraday定律电磁感应定律－负号的解释？电磁感应现象磁通变化的三种方式：－回路相对磁场做机械运动，即磁场与时间无关，磁通量随时间变化，动生电动势，它的实质实磁场的洛伦兹力－回路静止不动，但磁场时变，感生电动势电动势的定义：电压和电位差的定义？上式成立与导线环路的形状和材质无关导线回路22麦克斯韦以前电磁学说（小结）静电场电荷守恒定律电流连续方程稳定情况电荷是电场的源静电场是无旋场恒定磁场恒定磁场是无源场，电流是磁

8、场的源法拉第电磁感应定律电场和磁场虽然可以处于同一空间，但彼此几乎无联系；至多，当磁通时变时，在闭合导电线圈中产生感应电动势。各学说中存在着部分矛盾麦克斯韦如何解决，修改和推广的？请看下节！2