電磁場課件第一章電磁場的媒質(zhì)邊界條件

電磁場課件第一章電磁場的媒質(zhì)邊界條件第1頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月邊界條件問題的由來：實際問題所涉及的場域中往往會有幾種不同的介質(zhì)，在介質(zhì)邊界處場量會發(fā)生躍變，不再滿足麥克斯韋方程的微分形式，需要對邊界附近場量施以一定限制條件。什么是邊界條件：把兩種媒質(zhì)界面兩側(cè)電場或磁場的關系叫做媒質(zhì)分界面上的邊界條件。邊界條件如何求得：可以用積分形式的麥克斯韋方程導出。結(jié)果證明：時變場的邊界條件與靜態(tài)場的完全相同。第2頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月一、電磁場的邊界條件1.1電場的邊界條件1.2磁場的邊界條件1.3理想導體與介質(zhì)分界面上的邊界條件第3頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1電場強度的邊界條件1電場的通量和環(huán)量2積分環(huán)路和通量曲面的選擇第4頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第5頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)路圍面法向第6頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月3電場強度的關系兩種媒質(zhì)界面處電場強度的切向分量相等（無條件連續(xù)）

第7頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月4電通密度的關系兩種媒質(zhì)的界面處，電通量密度的法向分量有條件連續(xù)。當媒質(zhì)界面上沒有自由電荷分布時，電通量密度的法向分量有條件連續(xù)。電場強度法向分量總是不連續(xù)的，除非兩種介質(zhì)的介電常數(shù)相等。第8頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月5電力線折射定律邊界處電力線不再連續(xù)變化，變化規(guī)律類似于光線的折射。第9頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月6兩種導電介質(zhì)恒流電場的邊界條件電場強度的切向連續(xù)變化，而法向量不連續(xù)變化。第10頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月7靜電場位函數(shù)的邊界條件絕緣不導電介質(zhì)導電介質(zhì)第11頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2磁場的邊界條件1磁場的環(huán)量和通量2積分環(huán)路和通量曲面的選擇第12頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第13頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月3磁場強度的關系在兩種媒質(zhì)界面處，磁場強度的切向分量是有條件連續(xù)的。第14頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月4磁通密度的關系在兩種媒質(zhì)的界面處，磁通密度矢量的法向分量無條件連續(xù)。第15頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月5磁力線折射定律邊界處磁力線（H線）不再連續(xù)變化，變化規(guī)律類似于光線的折射。第16頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3理想導體與介質(zhì)分界面上的邊界條件1均勻?qū)w內(nèi)部的電荷分布

均勻?qū)w內(nèi)的電荷密度是隨時間呈現(xiàn)指數(shù)衰減的，在一定時間以后，導電介質(zhì)中就不存在電荷，這個時間的長短用一個特征時間來描述。第17頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月2良導體的條件

電磁波在導電介質(zhì)中傳播時，只要滿足電磁波周期大于導電介質(zhì)的特征時間，則這種導電介質(zhì)對于這種電磁波來說是一種良導體。根據(jù)這個條件，在微波段一般的金屬導體都可以看成良導體。良導體內(nèi)部可以認為不存在電荷分布。第18頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月3理想導體內(nèi)部的電磁場

理想導體內(nèi)部不存在電場，只要電場不為零，在電場的作用下就會有自由電荷分布，另外導體內(nèi)的電流密度會成為無窮大，這是不符合物理的。由麥克斯韋第二方程可得理想導體中的時變磁場也必為零。第19頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月4理想導體表面的邊界條件理想導體表面只能存在法向電場和切線磁場。第20頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第21頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月小結(jié)邊界條件邊界條件工程應用

利用邊界條件能控制電磁場的分布和電磁波的傳播，從而實現(xiàn)電磁波的導行，尤且是導體表面邊界條件的應用。第22頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月以理想導體為邊界的區(qū)域中，空間電磁場可以看成是源電荷、電流激發(fā)場與導體表面感應電荷，電流激發(fā)場（散射場）的疊加。在一定條件下，散射場可以等效為位于導體區(qū)域內(nèi)等效像電荷、電流