電動(dòng)力學(xué)復(fù)習(xí)電磁場(chǎng)的基本規(guī)律課件

電動(dòng)力學(xué)復(fù)習(xí)電磁場(chǎng)的基本規(guī)律課件contents目錄電磁場(chǎng)的基本概念麥克斯韋方程組靜電場(chǎng)與恒定磁場(chǎng)時(shí)變電磁場(chǎng)電磁波的傳播電磁輻射與散射電磁場(chǎng)的基本概念01帶電物體在電場(chǎng)中受到力的作用，其大小和方向與電場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)。電場(chǎng)強(qiáng)度是描述電場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量，單位是伏特/米（V/m）或牛頓/庫(kù)侖（N/C）。電場(chǎng)磁體或電流周圍存在磁場(chǎng)，磁場(chǎng)對(duì)處于其中的磁體或電流產(chǎn)生作用力。磁感應(yīng)強(qiáng)度是描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量，單位是特斯拉（T）。磁場(chǎng)電場(chǎng)與磁場(chǎng)麥克斯韋方程組描述了電場(chǎng)和磁場(chǎng)之間相互依賴、相互制約的關(guān)系。該方程組包括四個(gè)基本方程，即高斯定理、高斯定理的磁場(chǎng)形式、安培環(huán)路定律以及法拉第電磁感應(yīng)定律。電磁波變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互激發(fā)，形成電磁波。電磁波在空間中傳播，具有能量、動(dòng)量和方向等物理屬性。電磁場(chǎng)的統(tǒng)一性測(cè)量電場(chǎng)和磁場(chǎng)可以使用各種傳感器和測(cè)量?jī)x器，如電場(chǎng)計(jì)、磁場(chǎng)計(jì)、示波器等。國(guó)際單位制中，電場(chǎng)強(qiáng)度的單位是伏特/米（V/m），磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是特斯拉（T）。不同單位間的換算關(guān)系需要根據(jù)具體情境進(jìn)行。電磁場(chǎng)的測(cè)量與單位單位與換算測(cè)量方法麥克斯韋方程組02基于電荷守恒定律和電流連續(xù)性方程，推導(dǎo)出電場(chǎng)和磁場(chǎng)的關(guān)系。推導(dǎo)一推導(dǎo)二推導(dǎo)三基于安培環(huán)路定律和洛倫茲力公式，推導(dǎo)出磁場(chǎng)和電荷、電流的關(guān)系?；诜ɡ陔姶鸥袘?yīng)定律和變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)的概念，推導(dǎo)出電場(chǎng)和磁場(chǎng)的變化關(guān)系。030201麥克斯韋方程組的推導(dǎo)描述了電場(chǎng)和磁場(chǎng)之間的相互關(guān)系，即變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)。物理意義一揭示了電磁波的存在和傳播規(guī)律，即光速在真空中的傳播速度。物理意義二說(shuō)明了電磁場(chǎng)的能量傳播方式和守恒定律，即能量守恒定律。物理意義三麥克斯韋方程組的物理意義分離變量法，將復(fù)雜的電磁場(chǎng)問(wèn)題分解為多個(gè)簡(jiǎn)單的子問(wèn)題，分別求解后再組合。求解方法一有限元法，將連續(xù)的電磁場(chǎng)問(wèn)題離散化為有限個(gè)單元，對(duì)每個(gè)單元進(jìn)行求解，最后組合得到整體解。求解方法二邊界元法，將問(wèn)題邊界進(jìn)行離散化，通過(guò)邊界條件求解電磁場(chǎng)問(wèn)題。求解方法三麥克斯韋方程組的求解方法靜電場(chǎng)與恒定磁場(chǎng)03性質(zhì)靜電場(chǎng)對(duì)電荷有作用力，其大小和方向由庫(kù)侖定律確定。靜電場(chǎng)中電場(chǎng)線不閉合，且在無(wú)電荷處不中斷。靜電場(chǎng)中電場(chǎng)強(qiáng)度E與電勢(shì)差V之間滿足關(guān)系式：E=??V。定義：靜電場(chǎng)是由靜止電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)，其電場(chǎng)線從正電荷出發(fā)，終止于負(fù)電荷或無(wú)窮遠(yuǎn)處。靜電場(chǎng)的定義與性質(zhì)恒定磁場(chǎng)的定義與性質(zhì)定義：恒定磁場(chǎng)是由恒定電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，其磁場(chǎng)強(qiáng)度H與電流密度J之間滿足關(guān)系式：J=?×H。性質(zhì)恒定磁場(chǎng)對(duì)電流有作用力，其大小和方向由安培定律確定。恒定磁場(chǎng)中磁場(chǎng)強(qiáng)度H與磁感應(yīng)線B之間滿足關(guān)系式：H=?×B。恒定磁場(chǎng)中磁感應(yīng)線是閉合曲線，且在無(wú)電流處不中斷。

靜電場(chǎng)與恒定磁場(chǎng)的比較靜電場(chǎng)與恒定磁場(chǎng)都是矢量場(chǎng)，具有方向和大小。靜電場(chǎng)與恒定磁場(chǎng)的作用力都與場(chǎng)強(qiáng)或磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比，與被作用物體有關(guān)。靜電場(chǎng)與恒定磁場(chǎng)在空間中都有一定的分布范圍，且都與產(chǎn)生它們的源有關(guān)。時(shí)變電磁場(chǎng)04定義時(shí)變電磁場(chǎng)是指電磁場(chǎng)隨時(shí)間變化，即電場(chǎng)強(qiáng)度E、磁場(chǎng)強(qiáng)度H以及介質(zhì)的電位移D和磁感應(yīng)強(qiáng)度B等物理量都隨時(shí)間t變化。性質(zhì)時(shí)變電磁場(chǎng)具有動(dòng)態(tài)性、波動(dòng)性和能量傳遞等性質(zhì)，其電磁波的傳播速度與光速相同。時(shí)變電磁場(chǎng)的定義與性質(zhì)時(shí)變電磁場(chǎng)的麥克斯韋方程組時(shí)變高斯定律描述電場(chǎng)與電荷分布的關(guān)系，其解為電場(chǎng)分布與電荷分布的函數(shù)關(guān)系。波動(dòng)方程描述電磁波在空間中傳播的規(guī)律，其解為平面波、球面波等不同形式的波。麥克斯韋方程組描述時(shí)變電磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，包括波動(dòng)方程、時(shí)變高斯定律、時(shí)變安培環(huán)路定律和時(shí)變洛倫茲力公式等。時(shí)變安培環(huán)路定律描述磁場(chǎng)與電流分布的關(guān)系，其解為磁場(chǎng)分布與電流分布的函數(shù)關(guān)系。時(shí)變洛倫茲力公式描述帶電粒子在時(shí)變磁場(chǎng)中的受力情況，其解為帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的函數(shù)關(guān)系。分離變量法01將電磁場(chǎng)問(wèn)題分解為多個(gè)獨(dú)立的問(wèn)題，分別求解，適用于具有周期性邊界條件的問(wèn)題。有限差分法02將連續(xù)的電磁場(chǎng)離散化，用差分代替微分，用迭代法求解離散化的方程組，適用于計(jì)算復(fù)雜的電磁場(chǎng)分布。有限元法03將連續(xù)的電磁場(chǎng)劃分為有限個(gè)小的區(qū)域（元），在每個(gè)元上分別求解，然后將各個(gè)元的解組合起來(lái)得到整個(gè)場(chǎng)的解，適用于求解具有復(fù)雜邊界條件的電磁場(chǎng)問(wèn)題。時(shí)變電磁場(chǎng)的求解方法電磁波的傳播05縱波傳播電磁波的電場(chǎng)和磁場(chǎng)振動(dòng)方向都平行于波的傳播方向，是縱波。橫波傳播電磁波的電場(chǎng)和磁場(chǎng)振動(dòng)方向都垂直于波的傳播方向，是橫波。表面波傳播在導(dǎo)體表面附近傳播的波，其能量主要集中在導(dǎo)體表面附近。電磁波的傳播方式在真空中，電磁波的傳播速度為光速，約為3×10^8米/秒。光速在介質(zhì)中，由于介質(zhì)的折射率不同，電磁波的傳播速度會(huì)小于光速。介質(zhì)中的速度電磁波的傳播速度真空中沒(méi)有介質(zhì)分子，電磁波的傳播速度為光速。真空在介質(zhì)中，電磁波的傳播速度小于光速，且與介質(zhì)的折射率有關(guān)。介質(zhì)折射率是描述光在介質(zhì)中傳播速度減慢程度的物理量，其值大于1。折射率定義不同介質(zhì)的折射率不同，因此光在不同介質(zhì)中的傳播路徑會(huì)發(fā)生偏折，產(chǎn)生折射現(xiàn)象。不同介質(zhì)折射率電磁波的傳播介質(zhì)與折射率電磁輻射與散射06電磁輻射的產(chǎn)生源于電荷和電流的加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)麥克斯韋方程組，變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互激發(fā)，形成電磁波并向外傳播。自然界的放射性元素、太陽(yáng)等天體以及各種人工裝置都能產(chǎn)生電磁輻射。電磁輻射的強(qiáng)度、頻率等特性取決于產(chǎn)生源的物理性質(zhì)和狀態(tài)。電磁輻射的產(chǎn)生機(jī)制當(dāng)電磁波遇到尺寸與波長(zhǎng)相當(dāng)或更小的障礙物時(shí)，會(huì)產(chǎn)生散射現(xiàn)象。散射的強(qiáng)弱與障礙物的形狀、大小、物理性質(zhì)以及入射波的頻率、極化狀態(tài)等因素有關(guān)。電磁散射的物理模型通常采用幾何光學(xué)、物理光學(xué)、一致性繞射理論等近似或精確方法來(lái)描述。電磁散射的物理模型求解電磁散射問(wèn)題的方法主要有積分方程法、有限元法、時(shí)域有限差分法等數(shù)值計(jì)算方法，以及物