電磁場(chǎng)理論基礎(chǔ)課件

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1、主要內(nèi)容：宏觀電磁現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)定律真空中的Maxwell方程組介質(zhì)的極化和磁化介質(zhì)中的Maxwell方程組電磁場(chǎng)的邊界條件第二章宏觀電磁場(chǎng)的基本規(guī)律§2.1電荷與電流1電荷守恒定律宏觀實(shí)驗(yàn)表明：一個(gè)孤立系統(tǒng)的電荷總量是保持不變的，即在任何時(shí)刻，系統(tǒng)中的正電荷與負(fù)電荷的代數(shù)和保持不變。稱之為電荷守恒定律。電荷守恒定律表明，如果孤立系統(tǒng)中某處在一個(gè)物理過程中產(chǎn)生（或消滅）了某種符號(hào)的電荷，那么必有相等量的異號(hào)電荷伴隨產(chǎn)生（或消滅）；如果孤立系統(tǒng)中總的電荷量增加（或減?。赜械攘康碾姾蛇M(jìn)入（或離開）該孤立系統(tǒng)。單位時(shí)間內(nèi)，通過界面進(jìn)入V內(nèi)部的電荷量為：該電荷量等于V內(nèi)單位時(shí)

2、間內(nèi)的電荷增加量，即：VsnJ§2.1電荷與電流孤立系統(tǒng)§2.2Coulomb定律與靜電場(chǎng)1Coulomb定律真空中任意兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷q1和q2之間作用力的大小與兩電荷的電荷量成正比，與兩電荷距離的平方成反比；方向沿q1和q2連線方向，同性電荷相互排斥，異性電荷相互吸引。實(shí)驗(yàn)還證明，真空中多個(gè)點(diǎn)電荷構(gòu)成的電荷體系，兩兩間的作用力，不受其它電荷存在與否的影響。多個(gè)電荷體系中某個(gè)電荷受到的作用力是其余電荷與該電荷單獨(dú)存在時(shí)作用力之矢量代數(shù)和，滿足線性疊加原理?！?.2Coulomb定律與靜電場(chǎng)qi2電場(chǎng)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)證明，任何電荷在其所在空間激發(fā)出對(duì)置于其中的電荷有力作用的物理

3、量，稱為電場(chǎng)。由靜止電荷激發(fā)的電場(chǎng)稱為靜電場(chǎng)。人們正是通過對(duì)電磁中電荷受力的特性認(rèn)識(shí)和研究電場(chǎng)的。電荷之間的作用力是通過電場(chǎng)來傳遞的。因此電場(chǎng)對(duì)電荷的作用力可以用于定義電場(chǎng)?！?.2Coulomb定律與靜電場(chǎng)空間某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度定義為置于該點(diǎn)的單位點(diǎn)電荷（又稱試驗(yàn)電荷）受到的作用力：根據(jù)上述定義很容易得到真空中靜止點(diǎn)電荷q激發(fā)的電場(chǎng)為：§2.2Coulomb定律與靜電場(chǎng)如果電荷是連續(xù)分布，密度為。它在空間任意一點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)為：§2.2Coulomb定律與靜電場(chǎng)小體積元中的電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)3靜電場(chǎng)的性質(zhì)性質(zhì)1靜電場(chǎng)是有散矢量場(chǎng)，電荷是靜電場(chǎng)的通量源。利用Gauss定理得到稱

4、為靜電場(chǎng)的Gauss定律。靜電場(chǎng)的Gauss定律表明靜電場(chǎng)的力線發(fā)源于正電荷，終止于負(fù)電荷。在沒有電荷的空間中，靜電場(chǎng)的力線是連續(xù)的。§2.2Coulomb定律與靜電場(chǎng)§2.2Coulomb定律與靜電場(chǎng)性質(zhì)2靜電場(chǎng)是無旋場(chǎng)§2.2Coulomb定律與靜電場(chǎng)由于標(biāo)量場(chǎng)的梯度是無旋場(chǎng)，所以靜電場(chǎng)又可以表示為某個(gè)標(biāo)量場(chǎng)的梯度。，1Ampere定律Ampere對(duì)電流的磁效應(yīng)進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，在1821～1825年之間，設(shè)計(jì)并完成了四個(gè)關(guān)于電流相互作用的精巧實(shí)驗(yàn)，得到了電流相互作用力公式,稱為Ampere定律?！?.3Ampere定律與恒定電流的磁場(chǎng)§2.3Ampere定律

5、與恒定電流的磁場(chǎng)I0dl實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明，電流體對(duì)于置其中的電流元有力的作用，電流元受到的作用力是電流體中所有電流與電流元作用的疊加。I0dlI0dlI0dl2Biot—Savart定律與磁感應(yīng)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)證明，任一恒定電流元Idl在其周圍空間激發(fā)出對(duì)另一恒定電流元（或磁鐵）具有力作用的物理量，稱為磁場(chǎng)。恒定電流元之間的相互作用力是通過磁場(chǎng)傳遞的，對(duì)恒定電流有力的作用是磁場(chǎng)的基本特性§2.3Ampere定律與恒定電流的磁場(chǎng)區(qū)域V上的磁感應(yīng)強(qiáng)度的數(shù)值為檢驗(yàn)電流元受到作用力最大值與檢驗(yàn)電流元比值的極限磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直電流元與電流元受力方向所構(gòu)成的平面，三者滿足右手螺旋法則。

6、§2.3Ampere定律與恒定電流的磁場(chǎng)dFI0dlB§2.3Ampere定律與恒定電流的磁場(chǎng)3磁矢位如果記磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量可表示為：稱為磁矢位。4磁場(chǎng)的基本性質(zhì)（1)恒定電流的磁場(chǎng)是無散場(chǎng)，即：所以這說明磁場(chǎng)力線是閉合的，沒有起點(diǎn)也沒有終點(diǎn)?！?.3Ampere定律與恒定電流的磁場(chǎng)（2)恒定電流的磁場(chǎng)是有旋場(chǎng)，電流是磁場(chǎng)的渦旋源?！?.3Ampere定律與恒定電流的磁場(chǎng)5磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)帶電粒子的作用力電荷運(yùn)動(dòng)形成電流，磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力實(shí)際上是對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力。從而得到稱為稱為L(zhǎng)orentz力。磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)帶電粒子的作用力與粒子運(yùn)動(dòng)的方向垂直，這說明磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子不做功，

7、它只改變粒子的運(yùn)動(dòng)方向，而不改變粒子運(yùn)動(dòng)速度的大小?！?.3Ampere定律與恒定電流的磁場(chǎng)§2.4真空中的Maxwell方程組1Faraday電磁感應(yīng)定律Faraday從1820年開始探索磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)的可能性，經(jīng)過11年的努力，終于在1831年實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)穿過閉合線圈的磁通量發(fā)生變化時(shí)，閉合導(dǎo)線中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，感應(yīng)電流的方向總是以自己產(chǎn)生的磁通量對(duì)抗原來磁通量的改變。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)還證明，只要閉合曲線內(nèi)磁通量發(fā)生變化，感應(yīng)的電場(chǎng)不僅存在于導(dǎo)體回路上，也同樣存在于非導(dǎo)體回路上，并滿足如下定量關(guān)系式：曲面磁通量改變率回路電動(dòng)勢(shì)§2.4真空中的Maxwe