电磁场与电磁波电磁场的基本规律

1、第二章是电磁场的基本定律，电磁学的三个实验定律库仑定律，安培定律，法拉第电磁感应定律，麦克斯韦关于旋转电场和位移电流的两个基本假设，描述宏观电磁现象一般规律的麦克斯韦方程，电磁场和电磁波，这一章的内容：电磁场的源量(电荷和电流)；电磁场的场量由基本实验定律引入，包括它的散度和旋度；介质的电磁特性和麦克斯韦方程。第二章是电磁场基本定律、2.1电荷守恒定律、2.2真空静电场定律、2.3真空恒定磁场定律、2.4介质电磁特性、2.5电磁感应和位移电流定律、2.6麦克斯韦方程、2.7电磁场、电磁场和电磁波的边界条件、2.1电荷守恒定律、2.1电荷和电荷密度。带电体充电的电量称为电荷量；最小可检测电荷是质

2、子和电子的电荷，称为基本电荷，其值为e=1.60210-19C(库仑)。任何带电体的电荷只能是基本电荷的整数倍，也就是说，其上的电荷是以不连续的方式分布的。第二章电磁场和电磁波的基本定律1。点电荷当带电体的大小远小于它们之间的距离时，将电荷集中在一点上的理想模型。第二，实际带电体对于实际带电体，一般应认为它分布在某一区域，这叫做分布电荷，电荷的空间分布用电荷密度来定量描述。在第二章中，电磁场的基本定律，体电荷，表面电荷，线电荷，分布电荷，电磁场和电磁波， v趋于零，这是指相对于宏观尺度的小体积，从而准确地描述电荷的空间变化；然而，与微观尺度相比，体积元素足够大以包含大量带电粒子，因此电荷分布可

3、以被视为空间的连续函数。第二章，电磁场的基本定律和电荷体积密度的含义：在电荷分布区，取体积元素v，如果其中的电量为 q，则电荷体积密度为库/m3 (c/m3)。相应地，如果某个空间区域v中的电荷体积密度是已知的，则v中的总电荷是电磁场和电磁波，并且如果电荷分布在具有非常小的宏观尺度的薄层中。如果面积元素中的电量 s是 q，那么面积密度就是第二章中电磁场的基本定律，单位是库/m2 (c/m2)。因此，如果电荷在某一空间曲面S上的面积密度已知，则S上的总电荷是电磁场和电磁波，而分布在细线上的电荷分布用线密度来描述。如果线元素中的电量 L为q，则线密度为，第二章电磁场的基本定律，单位：库/米(C/m

4、)。因此，如果在某个空间曲线L中电荷的线性密度是已知的，那么在L上的总电荷是电磁场和电磁波，2.1.2电流和电流密度，单位：安培(A)，如果在时间t上通过截面s的电荷量是q，那么通过截面s的电流强度定义为(用I表示)，电磁场和电磁波，单位：A/m2， 第二章是电磁场的基本定律，体电流密度，物理意义：单位时间内单位面积通过垂直电流传播方向的电荷量。=NQ，电磁场与电磁波，第二章是电磁场的基本定律，而流过截面s的电流是，电磁场与电磁波，单位：A/m，第二章是电磁场的基本定律，面积电流密度，电磁场与电磁波，第二章是薄层的法向单位矢量。电磁场和电磁波，可近似视为沿横截面为0的几何线流动的线电流。如果用

5、移动电荷的线密度和速度来表示，那么线性电流I是，第2章，电磁场、电磁场和电磁波的基本定律，2.1.3电荷守恒定律和电流连续性方程。1.电荷守恒定律实验表明，电荷是守恒的，既不能创造也不能消灭，只能从一个物体的一部分转移到另一部分，或者从一个物体转移到另一个物体。也就是说，在一个与外界没有电荷交换的系统中，正负电荷的代数和在任何物理过程中都保持不变。第二章电磁场、电磁场和电磁波的基本定律，2。电流连续性方程，第2章电磁场、电磁场和电磁波的基本定律，运算，2.3，2.4，2.6，第2章电磁场、电磁场和电磁波的基本定律，第2.2章真空中静电场的基本定律，第2章电磁场的基本定律，实验当这种物质中有其他

6、电荷时，它们将受到电场力的影响。空间位置固定、电量随时间恒定的电荷所产生的电场称为静电场。电荷随时间变化产生的电场称为时变电场。电磁场和电磁波，2.2.1库仑定律电场强度，1。库仑定律，真空中两个静态点电荷q1和q2之间的相互作用力正比于它们的电量乘积；与它们之间距离的平方成反比；力的方向是沿着它们的连线；当相同的电荷排斥时，当不同的电荷吸引时；点电荷q1对q2的作用力是F12，点电荷q2对q1的作用力是F21，F21=-F12。两点电荷之间的作用力符合牛顿第三定律。库仑定律只适用于点电荷。(1)库仑定律(静电现象的基本实验定律)，第二章电磁场、电磁场和电磁波的基本定律，(2)点电荷q1对q2

7、的作用力，以及单位矢量对q1到q2的距离矢量，如图2.2.1所示。这里，是表征真空电学性质的物理量，称为真空介电常数。第二章是电磁场的基本定律。图2.2.1两点电荷之间的相互作用，即电磁场和电磁波。实验表明，在真空中由多点电荷组成的电荷系统中，两个电荷之间的作用力不受其他电荷存在与否的影响；多电荷系统中某一电荷的作用力是其他电荷单独存在时作用力的矢量代数和，满足线性叠加原理。即，(3)叠加原理，第二章，电磁场、电磁场和电磁波的基本定律，库仑定律显示了两点电荷之间相互作用力的大小和方向，但没有显示这种力是如何传递的。任何电荷在它周围的空间产生电场，电场对其中的任何电荷施加一个力，称为电场力。电荷

8、之间的相互作用力通过电场传递。第二，电场强度，第二章，电磁场基本定律，电磁场和电磁波，(1)电场强度矢量，第二章，电磁场基本定律，单位：伏/米(伏特/米)，电磁场和电磁波，(2)不同电场的电场强度，1。点电荷产生的电场，其中qs是电场中p点引入的测试电荷。，单位：伏/米，第二章电磁场基本定律，电磁场和电磁波。为方便起见，观察点P称为场点，其位置用坐标(x，y，z)表示或不用撇号表示，点电荷所在的点称为源点，其位置用坐标(x，y，z)或用撇号表示，以及源点和场点之间的距离矢量。第二章是电磁场的基本定律，其模型如下图所示：电磁场和电磁波，第二章是电磁场、电磁场和电磁波的基本定律。当空间中同时存在N

9、个点电荷时，场点的电场等于该点产生的电场强度的矢量和，也就是说，第二章是电磁场、电磁场和电磁波的基本定律。2.上述分析假设电荷是集中的。从宏观的角度来看，电荷是连续的，分布在一条直线、一个表面或一个体积上。第二章，电磁场、体电荷、面电荷、线电荷、分布电荷、电磁场和电磁波的基本规律，(1)体电荷引起的电场强度，电磁场、电磁场和电磁波的基本规律，(2)面电荷和线电荷引起的电场强度，电磁场、电磁场和电磁波的基本规律，(3)矢量场的电场分布可以用矢量线形象地描述出来。 为了准确地描述电力线，有必要根据e的函数表达式列出电力线的微分方程并求出其通解； 静电场电力线的性质如下：电力线是一组非闭合曲线，它起

10、源于正电荷，结束于负电荷；在没有电荷的空间里，电力线不会相交。在第二章电磁场、电磁场和电磁波的基本定律中，例2.1线密度为l的线电荷均匀分布在有限长的直线L上，如下图所示，计算线外一点的电场强度。第二章电磁场、电磁场和电磁波的基本定律，电磁场、电磁场和电磁波的基本定律，无限长线电荷场，电磁场、电磁场和电磁波的基本定律第二章电磁场、电磁场和电磁波的基本定律，电磁场、电磁场和电磁波的基本定律，电磁场、电磁场和电磁波的基本定律， 两种典型电荷分布的电场强度，(有限长)，(无限长)，电磁场和电磁波，2.2.2静电场的散度和旋度，第一，静电场的散度和高斯定理，散度、1。 高斯定理的微分形式，第二章电磁场

11、、电磁场和电磁波的基本定律，高斯定理的微分形式，第二章电磁场的基本定律，物理意义：空间任意一点的电场强度的发散与那里的电荷密度有关，电荷密度为正，称为发散源；电荷密度为负，这被称为会聚源。电磁场和电磁波，2。高斯定理的积分形式、物理意义：电场强度矢量通过封闭表面的通量等于封闭表面所包围的总电荷的比率。第二章是电磁场的基本定律，高斯定理、电磁场和电磁波的积分形式，第二章是电磁场、电磁场和电磁波的基本定律。例子：真空中有一个半径为A的均匀带电球体，电荷密度为0。计算带电球体内外的电场强度。第二章电磁场基本定律，解答：(2)球内某一点的场强，(1)球外某一点的场强，由电磁场和电磁波产生，第二章电磁场

12、、电磁场和电磁波基本定律，第二章电磁场、电磁场和电磁波基本定律，第二章电磁场、电磁场和电磁波基本定律，第二章运动电荷或电流产生，对场中其它运动电荷或电流有很强的影响。当产生磁场的电流恒定时，它产生的磁场不会随时间而改变。这种磁场称为恒定磁场。第二章是电磁场的基本定律，电磁场与电磁波，2.3.1安培力定律磁感应强度，第二章是电磁场的基本定律。如右图所示，真空中的静态细线回路C1和C2分别携带恒定电流I1和I2，回路C1对回路C2的作用力为，此处表示真空的磁性，称为真空磁导率。电磁场和电磁波，用安培定律从场的角度解释，可以认为电流回路之间的相互作用力是由磁场传递的。因此，安培力定律的积分形式可以改

13、写如下，其中括号中的大小取决于电流环C1的电流分布和源点到场点的距离矢量，而与电流环C2无关，因此可以定义第二章电磁场、电磁场和电磁波的基本定律是电流环C1在R处的磁场矢量，称为磁感应强度。与静电场使用的方法类似，场点由没有掠过的坐标表示，源点由掠过的坐标表示，如图所示。上述公式被改写为毕奥-萨伐尔定律，该定律表示在磁场点(x，y，z)或r处由载流导线产生的磁感应强度，也称为磁通密度。单位：t(特斯拉)，或Wb/m2(韦伯/m2)。电磁场、电磁场与电磁波、体电流元、表面电流元、电磁场与电磁波、电磁场与电磁波、电磁场与电磁波、电磁场与电磁波、电磁场与电磁波、电磁波与电磁波、两种典型电流分布的磁感

14、应强度、载流直线段的磁感应强度、载流圆环轴的磁感应强度、(有限长)、(无限长)、电磁场与电磁波，1。恒定磁场的散度和通量连续性原理，可以写成，恒定磁场的散度和旋度，1。磁通连续性原理的微分形式，第2章磁通连续性原理的微分形式(磁场散度定理的微分形式)可以如下获得。同时，注意是作用于场点的操作符，电流密度是源点的函数。因此，在第二章电磁场和电磁波的基本定律中，通过任何曲面S的磁通量定义为：如果曲面S是封闭面，通过封闭面S的磁通量是，并且散度应用于上述公式。可以看出，对于任何封闭曲面，穿透磁感应强度的通量总是等于穿透磁感应强度的通量，因此磁通量总是连续的，没有间断。磁力线总是闭合的，没有地方可以发

15、送或终止；自然界中没有孤立的磁荷。2。磁通量连续性原理的积分形式，第二章，电磁场和电磁波，第二章，电磁场和电磁波，(1)真空中安培环路定理的积分形式，磁通量是连续的，磁感应强度对任何封闭表面的积分总是0，但对任何封闭曲线的线积分不总是0。在真空中，沿任何闭合曲线的恒定磁场的磁感应强度的线积分值等于该曲线所包围的电流与真空磁导率的乘积，称为真空中的安培环路定律。I是由积分路径C包围的真实电流(包括传导电流和运行电流)，其通常也称为自由电流，即由电荷(例如自由电子、离子等)的定向运动形成的电流。)可以自由移动。I的正方向和路径C的积分方向遵循右手螺旋法则。第二，恒定磁场的旋度和安培环路定理，第二章，电磁场的基本定律，(安培环路定理的积分形式)，电磁场和电磁波，可以通过实验加以验证，也可以从毕奥-萨伐尔定律推导出来，后者是通过