最新第4章-時(shí)變電磁場課件ppt.ppt

《最新第4章-時(shí)變電磁場課件ppt.ppt》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、第4章-時(shí)變電磁場在時(shí)變場情況下，電場和磁場相互激勵(lì)，在空間形成電磁波，時(shí)變電磁場的能量以電磁波的形式傳播。電磁場的波動(dòng)性可用電磁場滿足的波動(dòng)方程來描述，而波動(dòng)方程是將麥克斯韋方程組進(jìn)行適當(dāng)變化后得到的。24.1波動(dòng)方程在無源空間中，設(shè)媒質(zhì)是線性、各向同性且無損耗的均勻媒質(zhì)，則有無源區(qū)的波動(dòng)方程波動(dòng)方程——二階矢量微分方程，揭示電磁場的波動(dòng)性。麥克斯韋方程——一階矢量微分方程組，描述電場與磁場間的相互作用關(guān)系。麥克斯韋方程組波動(dòng)方程。問題的提出電磁波動(dòng)方程3t00t1vt1t2vt2t3vt3t4vt4z不同時(shí)刻波形最

2、大值出現(xiàn)的位置t=0，zmax=0；t=t1＞0，zmax=vt1＞0；……沿z方向傳播圖形移動(dòng)速度，即電磁波速度t=t2＞t1，zmax=vt2＞vt1＞0；t5vt57波動(dòng)方程及其解的進(jìn)一步說明同理可得第二項(xiàng)表示沿-z方向傳播的波波動(dòng)方程的解代表兩個(gè)沿相反方向傳播的波，具體選擇視具體情況而定三維波動(dòng)方程的解仍然代表傳播的波，但無法用圖形描繪滿足波動(dòng)方程的電磁場，以振蕩形式在空間中傳播，形成電磁波，其傳播速度為　　　，真空中84.2電磁場的位函數(shù)討論內(nèi)容位函數(shù)的性質(zhì)位函數(shù)的定義位函數(shù)的規(guī)范條件位函數(shù)的微分方程9引入位

3、函數(shù)來描述時(shí)變電磁場，使一些問題的分析得到簡化。引入位函數(shù)的意義位函數(shù)的定義10位函數(shù)的不確定性滿足下列變換關(guān)系的兩組位函數(shù)和能描述同一個(gè)電磁場問題。即也就是說，對(duì)一給定的電磁場可用不同的位函數(shù)來描述。不同位函數(shù)之間的上述變換稱為規(guī)范變換。原因：未規(guī)定的散度。為任意可微函數(shù)11除了利用洛侖茲條件外，另一種常用的是庫侖條件，即在電磁理論中，通常采用洛侖茲條件，即位函數(shù)的規(guī)范條件造成位函數(shù)的不確定性的原因就是沒有規(guī)定的散度。利用位函數(shù)的不確定性，可通過規(guī)定的散度使位函數(shù)滿足的方程得以簡化。12位函數(shù)的微分方程13同樣14說

4、明若應(yīng)用庫侖條件，位函數(shù)滿足什么樣的方程?具有什么特點(diǎn)?問題應(yīng)用洛侖茲條件的特點(diǎn)：①位函數(shù)滿足的方程在形式上是對(duì)稱的，且比較簡單，易求解；②解的物理意義非常清楚，明確地反映出電磁場具有有限的傳遞速度；③矢量位只決定于J，標(biāo)量位只決定于ρ，這對(duì)求解方程特別有利。只需解出A，無需解出就可得到待求的電場和磁場。電磁位函數(shù)只是簡化時(shí)變電磁場分析求解的一種輔助函數(shù)，應(yīng)用不同的規(guī)范條件，矢量位A和標(biāo)量位的解也不相同，但最終得到的電磁場矢量是相同的。15達(dá)朗貝爾方程和位函數(shù)的波動(dòng)性電荷產(chǎn)生標(biāo)量位波動(dòng)電流產(chǎn)生矢量位波動(dòng)離開源后，位函數(shù)

5、以波動(dòng)的形式存在并傳播，由此決定電磁場也以波動(dòng)的形式存在和傳播164.3電磁能量守恒定律討論內(nèi)容坡印廷定理電磁能量及守恒關(guān)系坡印廷矢量17能量守恒定律是一切物質(zhì)運(yùn)動(dòng)過程遵守的普遍規(guī)律，作為特殊形態(tài)的物質(zhì)，電磁場及其運(yùn)動(dòng)過程也遵守這一規(guī)律。本節(jié)將詳細(xì)討論電磁場的能量和能量守恒定律，引入重要的坡印廷矢量和坡印廷定理，分析討論電磁場能量、電荷電流運(yùn)動(dòng)及電磁場做功之間的相互聯(lián)系。電磁能量問題有關(guān)概念電磁場的能量密度：電磁場能量的空間分布用能量密度w來描述，它表示單位體積中電磁場的能量，通常是坐標(biāo)與時(shí)間的函數(shù)，即18電磁場的能量

6、流密度：電磁波－電磁振蕩定向運(yùn)動(dòng)伴隨電磁場能量移動(dòng)，其流動(dòng)情況用電磁場能量流密度(能流密度)S表示。S是矢量，數(shù)值為單位時(shí)間垂直流過單位面積的能量，方向?yàn)槟芰苛鲃?dòng)方向，一般是坐標(biāo)和時(shí)間的函數(shù)，即電磁場的能量流通量：通過面積?的能量流通量為電磁場對(duì)連續(xù)電荷系統(tǒng)做的功：對(duì)單位體積電荷做功的功率對(duì)體積V中電荷做功的功率電磁場對(duì)電荷系統(tǒng)做的功：電磁場中運(yùn)動(dòng)速度為v的電荷q受到的電磁場作用力　　　　　　　，功率19進(jìn)入體積V的能量＝體積V內(nèi)增加的能量＋體積V內(nèi)損耗的能量電場能量密度：磁場能量密度：電磁能量密度：空間區(qū)域V中的電磁

7、能量：特點(diǎn)：當(dāng)場隨時(shí)間變化時(shí)，空間各點(diǎn)的電磁場能量密度也要隨時(shí)間改變，從而引起電磁能量流動(dòng)。電磁能量守恒關(guān)系：電磁能量及守恒關(guān)系20其中：——單位時(shí)間內(nèi)體積V中所增加的電磁能量——單位時(shí)間內(nèi)電場對(duì)體積V中的電流所做的功；在導(dǎo)電媒質(zhì)中，即為體積V內(nèi)總的損耗功率——通過曲面S進(jìn)入體積V的電磁功率表征電磁能量守恒關(guān)系的定理積分形式：坡印廷定理微分形式：21在線性和各向同性的媒質(zhì)中，當(dāng)參數(shù)都不隨時(shí)間變化時(shí)，則有將以上兩式相減，得到由推證22即可得到坡印廷定理的微分形式再利用矢量恒等式：在任意閉曲面S所包圍的體積V上，對(duì)上式兩端

8、積分，并應(yīng)用散度定理，即可得到坡印廷定理的積分形式物理意義：單位時(shí)間內(nèi)，通過曲面S進(jìn)入體積V的電磁能量等于體積V中所增加的電磁場能量與損耗的能量之和。23定義：(W/m2)物理意義：的方向——電磁能量傳輸?shù)姆较虻拇笮　ㄟ^垂直于能量傳輸方向的單位面積的電磁功率描述時(shí)變電磁場中電磁能量傳輸?shù)囊粋€(gè)重要物理量坡印廷矢量（電磁能流密度矢