最新電磁場理論基礎(chǔ)教學(xué)講義PPT課件.ppt

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1、電磁場理論基礎(chǔ)電磁現(xiàn)象的實驗定律真空中的Maxwell方程組介質(zhì)的極化和磁化現(xiàn)象介質(zhì)中的Maxwell方程組宏觀電磁場的邊界條件主要內(nèi)容點電荷面電荷體電荷線電荷§2.1電荷與電流1.電荷與電流自然界存在正、負兩種電荷點電荷：Q或q２.電荷守恒定律VsnJ孤立系統(tǒng)§2.2Coulomb定律與靜電場1.Coulomb定律真空中兩靜止點電荷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，同性電荷相排斥，異性電荷相吸引。q1q2R12F12實驗證明：真空中多個點電荷構(gòu)成的電

2、荷體系，兩兩間的作用力，不受其它電荷存在的影響。qiqj多個電荷體系中電荷受到的作用力是系統(tǒng)中除以外的電荷與該電荷單獨存在時作用力之矢量代數(shù)和，滿足線性疊加原理。◆實驗證明:任何電荷在其所處的空間中激發(fā)出對置于其中別的電荷有作用力的物質(zhì)，稱為電場。由靜止電荷激發(fā)的電場稱為靜電場。電場2.電場與電場強度◆電場對電荷有作用力是電場的基本性質(zhì)之一，現(xiàn)代物理學(xué)證明電荷之間的作用力是通過電場來傳遞的?！艨臻g不同點處電場的大小和方向是變化的，引入電場強度概念描述空間電場的大小和方向。因此電場對電荷的作用力可以用于定義電場的強度?？?/p>

3、間某點電場強度定義為置于該點的單位點電荷（稱試驗電荷）受到的作用力：真空中靜止點電荷q激發(fā)的電場為：◆電場強度如果電荷是連續(xù)分布，密度為。它在空間任意一點產(chǎn)生的電場為：小體積元中的電荷產(chǎn)生的電場rRR=r–r’性質(zhì)1靜電場是有散矢量場，電荷是靜電場的通量源。對電場直接求散度:利用Gauss定理得到：稱為靜電場的Gauss定律。3.靜電場的性質(zhì)靜電場的Gauss定律表明：靜電場的力線發(fā)源于正電荷，終止于負電荷;在沒有電荷的空間中，靜電場力線是連續(xù)的。有凈余的正電荷沒有凈余的電荷有凈余的負電荷性質(zhì)2靜電場是無旋矢量場標量場

4、的梯度是無旋場，所以靜電場又可以表示為某個標量場的梯度。即§2.3恒定電流的磁場l1l2r1r2R12線圈１對線圈２的作用力Ampere定律Ampere在1821－25年之間，設(shè)計并完成了四個關(guān)于電流相互作用的精巧實驗，得到了電流相互作用力公式.稱為安培定律.實驗證明：電流體對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2.Biot－Savart定律與磁感應(yīng)強度實驗證明任一恒定電流元Idl在其周圍空間激發(fā)出對另一恒定電流元（或磁鐵）具有力作用的物質(zhì)，稱為磁場。對電流元有作用力是磁場

5、的基本特性。電流元之間的作用力是通過磁場來傳遞的?？臻g不同點處磁場的大小和方向是變化的，引入磁場強度概念描述空間電場的大小和方向?，F(xiàn)代物理學(xué)證明:由于歷史上磁場對電流元的作用力實驗是在介質(zhì)中進行的，其所得到的磁場強度定義包含了介質(zhì)磁化的影響。從而導(dǎo)致磁場強度沿用另一名詞：磁感應(yīng)強度B磁場對電流元的作用力可用于定義區(qū)域V上的磁感應(yīng)強度。其數(shù)值為檢驗電流元受到最大作用力與檢驗電流元比的極限其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。Biot－Savart在研究Ampere定律基礎(chǔ)上，得到：3.磁矢位

6、性質(zhì)1恒定電流的磁感應(yīng)強是無散矢量場，即：磁感應(yīng)強力線是閉合的，沒有起點也沒有終點4.磁場的基本性質(zhì)性質(zhì)2恒定電流激發(fā)的磁感應(yīng)強度是有旋場，電流是磁感應(yīng)強度的渦旋源，即：電場對帶電粒子的作用力為磁場對電流的作用力實際上是磁場對運動帶電粒子的作用力，即因此，電磁場對帶電粒子的作用力為（Lorent力）5.電磁場對帶電粒子的作用電場對運動帶電粒子的作用力不受粒子運動與否的影響，作用力既可改變粒子速度（大小和方向。這說明電場對帶電粒子做功。磁場對運動帶電粒子的作用力與粒子運動的方向垂直，說明磁場對帶電粒子不做功，只改變粒子運

7、動方向，不改變粒子運動速度的大小。vBE§2.4真空中Maxwell方程組Faraday電磁感應(yīng)定律Faraday從1820年開始探索磁場產(chǎn)生電場的可能性，1831年實驗發(fā)現(xiàn)，當穿過閉合線圈的磁通量發(fā)生變化時，閉合導(dǎo)線中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，感應(yīng)電流方向總是以激發(fā)磁通量對抗原磁通量的改變進一步的實驗還證明:只要閉合曲線內(nèi)磁通量發(fā)生變化，感應(yīng)的電場不僅存在于導(dǎo)體回路上，同樣存在于非導(dǎo)體回路上，并滿足：曲面磁通量改變率回路的電動勢Faraday電磁感應(yīng)實驗定律表明：變化的磁場可以產(chǎn)生感應(yīng)電場，該電場與靜電場都對電荷有力的作用，所

8、不同的是感應(yīng)電場沿閉合回路的積分不為零，具有渦旋場的性質(zhì)，變化的磁場是其旋渦源。（變化）磁場電場問題一：將Biot－Savart定律用到如圖所表示的環(huán)路，同樣以L為邊界的兩個不同曲面S1和S2，其旋渦源的通量有兩個不同的結(jié)果.靜態(tài)場面臨的問題得到相互矛盾的結(jié)果！問題二：3.Maxwell的假設(shè)貢獻Maxwell認為：電流由兩個部分