時(shí)變電磁場(chǎng)（zhang）ppt課件.ppt

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1、時(shí)變電磁場(chǎng)第4章時(shí)變電磁場(chǎng)?在時(shí)變電磁場(chǎng)中，電場(chǎng)與磁場(chǎng)都是時(shí)間和空間的函數(shù)；變化的磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，電場(chǎng)與磁場(chǎng)相互依存，構(gòu)成統(tǒng)一的電磁場(chǎng)。?英國(guó)科學(xué)家麥克斯韋將靜態(tài)場(chǎng)、恒定場(chǎng)、時(shí)變場(chǎng)的電磁基本特性用統(tǒng)一的電磁場(chǎng)基本方程組高度概括。電磁場(chǎng)基本方程組是研究宏觀電磁場(chǎng)現(xiàn)象的理論基礎(chǔ)。?本章要求：深刻理解電磁場(chǎng)基本方程組的物理意義，掌握電磁波的產(chǎn)生和傳播特性。4.1.1全電流定律在時(shí)變情況下，對(duì)安培環(huán)路定律兩邊取散度發(fā)現(xiàn)左邊不等于右邊，即與電荷守恒定律發(fā)生矛盾.或者說(shuō)，在時(shí)變情況下，僅有傳導(dǎo)電流J是不能保證電流連續(xù)性方程滿(mǎn)足的。麥克斯韋認(rèn)

2、為，　　　　可以推廣到時(shí)變場(chǎng)，而電流邊續(xù)性方程是由電荷守恒原理導(dǎo)出的，在時(shí)變場(chǎng)中，電荷也是守恒的，因此有：安培環(huán)路定理右邊項(xiàng)應(yīng)以　　　　代替J，即位移電流密度單位為A/m2，電荷守恒定律:4.1全電流定律和電磁感應(yīng)定律全電流定律全電流定律揭示不僅傳導(dǎo)電流激發(fā)磁場(chǎng)，變化的電場(chǎng)也可以激發(fā)磁場(chǎng)。它與變化的磁場(chǎng)激發(fā)電場(chǎng)形成自然界的一個(gè)對(duì)偶關(guān)系。麥克斯韋由此預(yù)言電磁波的。其中，——位移電流密度解：忽略極板的邊緣效應(yīng)位移電流密度:位移電流:例4.1-1已知平板電容器的面積為S,相距為d,介質(zhì)的介電常數(shù)極板間電壓為u(t)。試求位移電流iD；傳導(dǎo)電流iC與iD的關(guān)

3、系是什么?電場(chǎng):積分形式圖4.1.5傳導(dǎo)電流與位移電流式中的k為常數(shù)。試求：位移電流密度和電場(chǎng)強(qiáng)度。例4.1-2自由空間的磁場(chǎng)強(qiáng)度為解自由空間的傳導(dǎo)電流密度為0，故:4.1.2電磁感應(yīng)定律(電的反問(wèn)題?)當(dāng)與回路交鏈的磁通發(fā)生變化時(shí)，回路中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這就是法拉弟電磁感應(yīng)定律。引起磁通變化的原因分為三類(lèi)：稱(chēng)為感生電動(dòng)勢(shì)，這是變壓器工作的原理，又稱(chēng)為變壓器電勢(shì)。?回路不變，磁場(chǎng)隨時(shí)間變化圖4.1.2感生電動(dòng)勢(shì)負(fù)號(hào)表示感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)總是阻礙原磁場(chǎng)的變化。圖4.1.1感生電動(dòng)勢(shì)的參考方向稱(chēng)為動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)，這是發(fā)電機(jī)工作原理，又稱(chēng)為發(fā)電機(jī)電勢(shì)。?磁場(chǎng)

4、隨時(shí)間變化，回路切割磁力線(xiàn)實(shí)驗(yàn)表明：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與構(gòu)成回路的材料性質(zhì)無(wú)關(guān)（甚至可以是假想回路），只要與回路交鏈的磁通發(fā)生變化，回路中就有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)回路是導(dǎo)體時(shí)，才有感應(yīng)電流產(chǎn)生。?回路切割磁力線(xiàn)，磁場(chǎng)不變圖4.1.2動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)電荷為什么會(huì)運(yùn)動(dòng)呢？即為什么產(chǎn)生感應(yīng)電流呢？4.1.3感應(yīng)電場(chǎng)（渦旋電場(chǎng)）麥克斯韋假設(shè)，變化的磁場(chǎng)在其周?chē)ぐl(fā)著一種電場(chǎng)，該電場(chǎng)對(duì)電荷有作用力（產(chǎn)生感應(yīng)電流），稱(chēng)之為感應(yīng)電場(chǎng)。感應(yīng)電場(chǎng)是非保守場(chǎng)，電力線(xiàn)呈閉合曲線(xiàn)，變化的磁場(chǎng)是產(chǎn)生的渦旋源。圖4.1.3b變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電場(chǎng)若空間同時(shí)存在庫(kù)侖電場(chǎng),即則有變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)在靜

5、止媒質(zhì)中圖4.1.3a變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電場(chǎng)根據(jù)自然界的對(duì)偶關(guān)系，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)是否會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)呢？4.2電磁場(chǎng)基本方程組?分界面上的邊界條件4.2.1電磁場(chǎng)基本方程組綜上所述,電磁場(chǎng)基本方程組(Maxwell方程)為全電流定律電磁感應(yīng)定律磁通連續(xù)性原理?全電流定律——表明傳導(dǎo)電流和變化的電場(chǎng)都能產(chǎn)生磁場(chǎng)；?電磁感應(yīng)定律——表明電荷和變化的磁場(chǎng)都能產(chǎn)生電場(chǎng)；?麥克斯韋第一、二方程是獨(dú)立方程，后面兩個(gè)方程可以從中推得。(?)?靜態(tài)場(chǎng)和恒定場(chǎng)是時(shí)變場(chǎng)的兩種特殊形式。高斯定律四個(gè)方程所反映的物理意義時(shí)變電磁場(chǎng)中媒質(zhì)分界面上的邊界條件的推導(dǎo)方式

6、與前類(lèi)同，歸納如下：例4.2.1試推時(shí)變場(chǎng)中理想導(dǎo)體與理想介質(zhì)分界面上的邊界條件。4.2.2分界面上的邊界條件解：理想導(dǎo)體中為有限值，當(dāng)在理想導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有電磁場(chǎng)，即E=0，B=0；為此：圖4.2.1媒質(zhì)分界面?分界面介質(zhì)側(cè)的邊界條件為:由靜磁的性質(zhì)可知C=04.3動(dòng)態(tài)位及其積分解4.3.1動(dòng)態(tài)位及其微分方程仍從電磁場(chǎng)基本方程組出發(fā),稱(chēng)為動(dòng)態(tài)位。由（2）（1）利用矢量恒等式:(1)式的左邊為:(3)經(jīng)整理后得:洛侖茲條件（規(guī)范）定義A的散度(1)式的右邊為:(4)把(3)和(4)式代入(1)式得:(5)(6)則(6)式為:達(dá)朗貝爾方程(Dalangba

7、ierEguation)(7)2)若場(chǎng)不隨時(shí)間變化，波動(dòng)方程蛻變?yōu)椴此煞匠?簡(jiǎn)化了動(dòng)態(tài)位與場(chǎng)源之間的關(guān)系，使得A單獨(dú)由J決定，給解題帶來(lái)了方便；?洛侖茲條件是電流連續(xù)性原理的體現(xiàn)。1）洛侖茲條件（LuolunciCondition)的重要意義這是非齊次波動(dòng)方程達(dá)朗貝爾方程(DalangbaierEguation)?確定了的值，與共同唯一確定A；類(lèi)似的方法我們可以得到標(biāo)量位的達(dá)朗貝爾方程4.3.2達(dá)朗貝爾方程的積分解以位于坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí)變點(diǎn)電荷為例，然后推廣到連續(xù)分布場(chǎng)源的情況。1）通解在時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)距離后解的結(jié)果不變,說(shuō)明它是以有限速度v向r方向傳播，稱(chēng)之

8、為入射波。式中具有速度的量綱．（除q點(diǎn)外）有圖4.3.1的物理意義達(dá)朗貝爾的通解：由此推論，時(shí)變點(diǎn)電荷的動(dòng)態(tài)