电磁场与电磁波媒质的电磁性质和边界条件
媒质的电磁性质和边界条件
磁导率
表示物质在磁场中导磁能力的物理量，单位为亨利/米（H/m）。
磁导
表示磁场中物质磁导能力的物理量，单位为亨利（H）。
电容率和电感率
电容率
表示电场中物质储存电荷能力的物理 量，单位为法拉/米（F/m）。
电感率
表示磁场中物质储存磁能能力的物理 量，单位为亨利/米（H/m）。
介电常数和磁导率
要点一
介电常数和磁导率的应用案例
介电常数：表示电介质极化程度的物 理量，单位为法拉（F）。
磁导率：表示磁性材料对磁场的影响 能力的物理量，单位为亨利（H）。
应用案例：在电磁波传播和微波工程 中，介电常数和磁导率的应用十分重 要。介电常数决定了电磁波在介质中 的传播速度和波长，而磁导率则影响 微波器件的性能。例如，在天线设计 和微波传输线中，需要选择具有适当 介电常数和磁导率的材料以确保电磁 波的正常传播和有效辐射。此外，介 电常数和磁导率的变化还可以用于制 造电磁波吸收材料和隐身技术等。
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06 结论
研究成果总结
媒质的电磁性质对电磁波的传播和散射具有重 要影响，研究媒质的电磁性质有助于深入理解 电磁波与物质相互作用的过程。
边界条件是描述媒质交界处电磁场行为的条件， 对于电磁波的传播和散射具有关键作用。
不同媒质的电磁性质和边界条件会导致电磁波 传播和散射的差异，这在实际应用中具有重要 的意义。
同一媒质间的边界条件
01
在同一媒质中，由于存在不均匀性或异常情况，电磁波的传播 也会受到限制或影响。
02
同一媒质间的边界条件描述了波在媒质中的传播行为，如吸收、
散射、折射等。
这些边界条件通常由物理定律和数学公式来描述，如波动方程、
电磁场与电磁波总结
电磁场与电磁波总结首先，电磁场是由带电粒子所产生的一种物质的存在状态，它是电磁相互作用的媒介。
电磁场可以通过电流、电荷或者磁体来产生，它包括电场和磁场两个部分。
电场是由电荷引起的，它的强度和方向由电荷的性质和位置决定。
磁场是由电流或者磁体引起的，它的强度和方向由电流大小和方向或者磁体性质和位置决定。
电磁场可以用矢量表示，它具有能量、动量和角动量等物理量。
电磁波是电磁场的一种传播形式，它是由振荡的电场和磁场组成。
电磁波具有极高的传播速度，它在真空中的速度接近光速，约为3×10^8米每秒。
电磁波可以根据频率不同分为很多种类，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。
不同频率的电磁波具有不同的性质和应用。
电磁场和电磁波具有许多特性和规律。
首先，电磁场遵循麦克斯韦方程组的规律，其中包括电场和磁场之间的关系、电荷和电流的守恒定律等。
电磁波是在麦克斯韦方程组的基础上通过推导得出的解。
其次，电磁场和电磁波在空间中传播时具有波动性质，它们可以发生折射、反射、干涉和衍射等现象。
电磁波的传播速度与频率和介质的性质有关。
当电磁波从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象。
折射可以用斯涅尔定律来描述。
另外，电磁波的传播还受到衍射和干涉等现象的影响，这些现象对于解释电磁波的性质和应用具有重要意义。
电磁场和电磁波具有广泛的应用。
首先，无线通信是电磁波应用的重要领域之一、从无线电到移动通信，无线电波是信息传输的基础。
其次，电磁波在遥感和雷达中也发挥着重要作用。
通过接收和分析不同频率的电磁波，可以获取地球表面的信息，用于环境监测和资源探测等。
此外，电磁波还广泛用于医学诊断和治疗，如X射线和磁共振成像等。
除了应用领域，电磁场和电磁波的研究也对于理解物质结构和宇宙演化等问题具有重要意义。
总之，电磁场和电磁波是物理学中的重要概念，可以用来描述电磁现象和电磁辐射。
电磁场由电场和磁场组成，它可以通过电荷和电流来产生。
电磁场与电磁波教材
电磁场与电磁波摘要:电磁场与电磁波课程与电气专业息息相关，是我们电气专业学生必须学习的，这学期我们进行了电磁场与电磁波的学习。
主要讲解了矢量分析，电磁场的基本定律，时变电磁场，简述了静态电磁场极其边值问题的解。
第一章:矢量分析是研究电磁场在空间分布和变化规律的基本数学工具之一。
第二章以大学物理（电磁学）为基础，介绍电磁场的基本物理量和基本规律，第三章分别介绍了静电场、恒定电场和恒定磁场的分析方法。
第四章主要讨论时变电磁场的普遍规律。
一、矢量分析电磁场是是分布在三维空间的矢量场，矢量分析是研究电磁场在空间的分布和变化规律的基本教学工具之一。
1：标量和矢量(1) 标量：一个只用大小描述的物理量。
矢量：一个既有大小又有方向特性的物理量，常用黑体字母或带箭头的字母表示。
矢量一旦被赋予“物理单位”，则成为一个具有物理意义的矢量，如：电场强度矢量E 、磁场强度矢量H 、作用力矢量F 、速度矢量v 等。
(2) 两个矢量A 与B 相加，其和是另一个矢量D 。
矢量D=A+B 可按平行四边形法则得到：从同一点画出矢量A 与B ，构成一个平行四边形，其对角线矢量即为矢量D 。
两个矢量A 与B 的点积是一个标量，定义为矢量A 与B 的与它们之间较小的夹角的余弦之积。
(3) 两个矢量A 与B 的叉积是一个矢量，它垂直于包含矢量A 和B 的平面，大小定义为矢量A 与B 的与它们之间较小的夹角的正弦之积，方向为当右手四个手指从矢量A 到B 旋转时大拇指的方向。
2：标量场的梯度（1）等值面: 标量场取得同一数值的点在空间形成的曲面，形象直观地描述了物理量在空间的分布状态。
对任意给定的常数C ，方程C z y x u ),,(就是等值方程。
（2）梯度的概念：标量场u 在点M 处的梯度是一个矢量，它的方向沿场量u 变化率最大的方向，大小等于其最大变化率，并记作grad u,即 grad u= e l |max直角坐标系中梯度的表达式为grad u=,标量场u 的梯度可用哈密顿算符表示为grad u=()．u =（3）标量场的梯度具有以下特性：①标量场u 的梯度是一个矢量场，通常称▽u为标量场u 所产生的梯度场；②标量场u （M ）中，再给定点沿任意方向l 的方向导数等于梯度在该方向上的投影；③标量场u （M ）中每一点M 处的梯度，垂直于过该点的等值面，且指向u （M ）增加的方向。
波导的边界条件
波导的边界条件引言波导是一种用于传输电磁波的结构，常用于微波和光纤通信中。
波导的边界条件是指波导内外的电场和磁场满足的约束条件。
本文将全面、详细、完整地探讨波导的边界条件，包括边界条件的定义、类型、性质以及其对波导内部波的传播和特性的影响。
二级标题1：边界条件的定义三级标题1.1：电场和磁场的切向分量在波导边界上，电场和磁场的切向分量必须连续。
这意味着电场E和磁场H的切向分量在波导内外的共同边界上取相同的值。
三级标题1.2：法向电场和磁场的分量在波导边界上，电场和磁场的法向分量可能会发生变化，取决于边界材料的性质。
常见的边界条件有电场法向分量连续和磁场法向分量连续两种。
二级标题2：波导的边界条件类型三级标题2.1：理想导体边界条件理想导体是指具有无限高电导率和无限大的功率因数的材料。
在理想导体边界上，电场垂直于边界且强度为零，即E n=0。
磁场则必须满足磁场切向分量连续和磁场法向分量连续的边界条件。
三级标题2.2：理想介质边界条件理想介质是指具有无限高绝缘性能的材料。
在理想介质边界上，电场必须满足电场切向分量连续和电场法向分量连续的边界条件，即E t1=E t2和D n1=D n2。
磁场则可以发生变化。
三级标题2.3：混合边界条件混合边界条件是指波导边界上既有理想导体又有理想介质的情况。
混合边界条件要求电场和磁场的切向分量和法向分量均连续。
二级标题3：边界条件的性质三级标题3.1：唯一性定理唯一性定理指出，如果波导中的电磁场满足波动方程和边界条件，那么该波导中的电磁场解是唯一的。
三级标题3.2：边界条件和模式的关系不同的边界条件会导致不同的波导模式。
例如，理想导体边界条件将产生截止频率，低于截止频率的波将无法在波导中传播。
三级标题3.3：边界条件对波导特性的影响波导的边界条件决定了波导中电磁场的分布和传播特性。
边界条件的改变可能会改变波导的色散关系、带宽、损耗等特性。
三级标题3.4：边界条件与波导的有效性波导的边界条件必须恰当地选择，以确保波导能够有效地传输电磁波。
电磁场与电磁波知识点总结
电磁场与电磁波知识点总结电磁场知识点总结篇一电磁场知识点总结电磁场与电磁波在高考物理中属于非主干知识点，多以选择题的形式出现，题目难度较低，属于必得分题目，重点考察考生对基本概念的理解和掌握情况。
下面为大家简单总结一下高中阶段需要大家掌握的电磁场与电磁波相关知识点。
电磁场知识点总结一、电磁场麦克斯韦的电磁场理论：变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场。
理解：* 均匀变化的电场产生恒定磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场，振荡电场产生同频率振荡磁场* 均匀变化的磁场产生恒定电场，非均匀变化的磁场产生变化的电场，振荡磁场产生同频率振荡电场* 电与磁是一个统一的整体，统称为电磁场（麦克斯韦最杰出的贡献在于将物理学中电与磁两个相对独立的部分，有机的统一为一个整体，并成功预言了电磁波的存在）二、电磁波1、概念：电磁场由近及远的传播就形成了电磁波。
（赫兹用实验证实了电磁波的存在，并测出电磁波的波速）2、性质：* 电磁波的传播不需要介质，在真空中也可以传播* 电磁波是横波* 电磁波在真空中的传播速度为光速* 电磁波的波长=波速*周期3、电磁振荡LC振荡电路：由电感线圈与电容组成，在振荡过程中，q、I、E、B 均随时间周期性变化振荡周期：T = 2πsqrt[LC]4、电磁波的发射* 条件：足够高的振荡频率；电磁场必须分散到尽可能大的'空间* 调制：把要传送的低频信号加到高频电磁波上，使高频电磁波随信号而改变。
调制分两类：调幅与调频# 调幅：使高频电磁波的振幅随低频信号的改变而改变# 调频：使高频电磁波的频率随低频信号的改变而改变（电磁波发射时为什么需要调制？通常情况下我们需要传输的信号为低频信号，如声音，但低频信号没有足够高的频率，不利于电磁波发射，所以才将低频信号耦合到高频信号中去，便于电磁波发射，所以高频信号又称为“载波”）5、电磁波的接收* 电谐振：当接收电路的固有频率跟收到的电磁波频率相同时，接受电路中振荡电流最强（类似机械振动中的“共振”）。
媒质的电磁性质和边界条件
媒质的电磁性质和边界条件众所周知，物质是由原子核和电子组成的，原子核带正电，电子带负电。
就是说任何物质材料，不论是气体、液体还是固体都含有带电粒子，这些带电粒子的周围一定存在着电场；同时电子一方面绕原子核运动，另一方面也作自旋运动，电荷的运动形成电流，这些电流周围存在磁场。
从微观上看，材料中这些带电粒子是存在电磁效应的，但从宏观上看，由于相邻原子产生的场相互抵消，及大量带电粒子热运动的平均结果，使自然状态下的物质仍呈现电中性。
倘若存在外加电磁场，则由于带电粒子和外加电磁场的相互作用，介质的分子电矩和磁矩将部分或全部取向一致，引起宏观电或磁效应，相当于在材料内部存在附加的场源，这样就需要对真空中的电磁学定律作进一步推广。
在第二章中，我们研究了在真空（或近似真空的空气）中电磁场各场量，如H B D E和,,所遵循的普遍规律，并得到一组麦克斯韦方程组。
麦克斯韦方程组的积分形式描述大尺度（如一个线段、曲面或体积）上的电磁特性，而微分形式描写空间任意一点的电磁场，但归根结底两者描述的仍然是宏观电磁现象。
这一章我们要研究物质的微观模型和性质,把麦克斯韦方程组推广到一般电磁材料中去.本章先研究由材料中带电粒子和电磁场的相互作用而产生的三个基本现象：传导、极化和磁化。
每一种物质在电磁场中均有传导、极化和磁化三种现象，根据某种主要的现象，可将材料分为导体、半导体、电介质和磁介质等。
讨论材料的电磁性质之后，我们可获得三个物态方程和一般媒质中的麦克斯韦方程组。
最后我们研究在不均匀媒质中电磁场所遵循的规律——边界条件。
§3.1 电场中的导体导体是一种含有大量可以自由移动的带电粒子的物质。
导体可分为两种——金属导体和电解质导体。
金属导体的导电靠的是自由电子，由于自由电子的质量比原子核的质量小得多，所以导电过程中没有明显的质量迁移，也不伴随任何化学变化。
而碱、酸、和盐溶液等电解液则属于第二种导体，其导电靠的是带电离子，导电过程中伴随有质量迁移，也要发生化学变化。
吸收边界条件,阻抗边界条件,响应边界条件,辐射边界条件-概述说明以及解释
吸收边界条件,阻抗边界条件,响应边界条件,辐射边界条件-概述说明以及解释1.引言1.1 概述本文旨在介绍不同类型的边界条件，包括吸收边界条件、阻抗边界条件、响应边界条件和辐射边界条件。
在仿真和建模领域中，边界条件的选择和应用对于准确模拟和分析电磁问题至关重要。
吸收边界条件是一种用于模拟无限大空间中的电磁问题的技术。
通过在仿真模型的边界上引入吸收材料，能够有效地消除反射并吸收通过边界传播的电磁波。
本文将详细介绍吸收边界条件的原理、应用和优势。
阻抗边界条件是一种在电磁波传播问题中常用的边界条件。
它模拟了电磁波在传播过程中遇到的边界上的阻抗。
阻抗边界条件常用于模拟导体表面的电磁问题，例如导体内的电流分布和电磁波的反射和传播。
本文将探讨阻抗边界条件的应用领域、数学描述和数值求解方法。
响应边界条件是一种在传输线和波导等电磁结构模拟中常用的边界条件。
它通过限定边界处的电磁场响应来刻画边界的特性。
响应边界条件能够有效地解决电磁波与电磁结构边界之间的相互作用问题，以及信号在导体间的传输问题。
本文将探讨响应边界条件的基本原理、适用范围和求解方法。
辐射边界条件是一种用于模拟辐射场的特殊边界条件。
它通过描述辐射场与边界的相互作用来模拟电磁波辐射问题。
辐射边界条件常用于天线、散射和辐射场的仿真和分析中。
本文将详细介绍辐射边界条件的原理、应用和准确性评估。
通过研究和了解吸收边界条件、阻抗边界条件、响应边界条件和辐射边界条件的原理和应用，我们可以更准确地模拟和分析各种电磁问题。
这将为电磁波的传播、电磁结构的设计和电磁场的控制提供有力的工具和方法。
在接下来的章节中，我们将详细讨论每种边界条件的要点和实际应用。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以按照以下方式进行编写：本文共分为三个主要部分：引言、正文和结论。
在引言部分，我们首先对边界条件进行了概述，包括吸收边界条件、阻抗边界条件、响应边界条件和辐射边界条件。
然后，我们介绍了本文的结构，包括各个章节的内容和组织方式。
电磁场的源与边界条件
q 所趋近的极限值就定义为点 P 的电 V
(r ) lim
式中 r 是源点的位失。
V 0
q dq V dV
2、 电荷面密度 在实际问题中，常会遇到电荷分布在薄层内的情况，如果薄层的厚度趋近于零，可近似 认为电荷分布在曲面上， 可以用电荷面密度 S (r ) 来描述其分布。 设曲面 S 上任一面元 S 内所包围的电荷量为 q ，则 S (r ) 定义为
3、磁感应强度 B 的散度、旋度和边界条件 （1）磁感应强度 B 的散度 根据磁通连续性原理的微分形式可知恒定磁场为无散场，故
B0
磁通连续性原理表明自然界无孤立的磁荷存在。上式即为麦克斯韦第二方程的微分形式。 （2）磁感应强度 B 的旋度 根据安培环路定理可得恒定磁场的磁感应强度 B 的旋度为
二、
电流及电流分布
电荷做定向运动形成电流，通常以电流强度来描述其大小。在电磁理论研究中，常用到 体电流模型，面电流模型和线电流模型。 1、 体电流 电荷在某一体积内定向流动形成的电流成为体电流。体电 流在导体内某一截面的分布用电流密度矢量 J 来描述，其定义 为：空间任一点 J 的方向是该点正电荷运动的方向， J 的大小 等于通过该点与 J 垂直的单位面积的电流，即
Nqd dS P dS P endS
因此，穿出闭合面 S 的正电荷为 P dS 。与之对应，留在闭合面 S 内的极化电荷量为
S
q p P dS PdV
S V
又由于
qP P dV
V
故有
P P
（2）极化强度 P 的旋度 对于各向同性和线性介质，有 P e 0 E ，其中合成电场强度 E 为自由电荷产生的外 电场 E 0 和极化电荷产生的附加电场 E 的叠加，由于两种电场强度的旋度都为零，故
电磁场的源与边界条件
根据安培环路定理可得恒定磁场的磁感应强度 B 的旋度为
当有磁介质存在时，上式变为
B 0J B 0 (J JM )
式中 J 为传导电流密度， J M 为磁化电流密度。
（3）磁感应强度 B 的边界条件 将积分形式的麦克斯韦第三方程应用于如图 4 所示的圆
柱，易得
en (B1 B2 ) 0 上式表明磁感强度的法向分量是连续的。
球的极限当带电体的尺寸相对于观察点至带电体的距离可以忽略时，就可以认为电荷分布于
带电体中心上，即将带电体抽象为一个几何点。点电荷的电荷密度分布可以用数学上的 (r )
来描述。
二、 电流及电流分布
电荷做定向运动形成电流，通常以电流强度来描述其大小。在电磁理论研究中，常用到 体电流模型，面电流模型和线电流模型。 1、 体电流
移矢量的切向分量是不连续的（两种介质的 通常不等）。
3、磁感应强度 B 的散度、旋度和边界条件
（1）磁感应强度 B 的散度 根据磁通连续性原理的微分形式可知恒定磁场为无散场，故 B0
磁通连续性原理表明自然界无孤立的磁荷存在。上式即为麦克斯韦第二方程的微分形式。 （2）磁感应强度 B 的旋度
即
故有
(P1 P2 ) enS SPS
en (P1 P2 ) SP 上式表明极化强度的法向分量是不连续的。一般情况下，其切向分量也不连续。
7、磁化强度 M 的散度、旋度和边界条件
7/9
电磁场与电磁波
第二章 电磁场的基本规律
学习报告
（1）磁化强度 M 的散度
对于各向同性和线性磁介质， M m H ，由于 H 的散度为零，故
自然界中存在两种电荷：正电荷和负电荷。带电体上所带的电荷是以离散的方式分布的， 任何带电体的电荷量都是基元电荷的整数倍，但在研究宏观电磁现象时，人们关注的是大量 微观带电粒子的整体效应，因此可以认为电荷是以一定形式连续分布的，并用电荷密度来描 述电荷的分布。 1、 电荷体密度
电磁场理论中的边界条件与边值问题解析研究
电磁场理论中的边界条件与边值问题解析研究引言：电磁场理论是物理学中的重要分支，广泛应用于电磁波传播、电路分析等领域。
其中，边界条件和边值问题是电磁场理论中的核心概念，对于解析研究电磁场的性质和行为具有重要意义。
本文将就电磁场理论中的边界条件与边值问题进行探讨。
一、边界条件的概念与分类边界条件是指电磁场在两个不同介质的交界面上需要满足的条件。
根据边界条件的不同形式，可以将其分为电场边界条件和磁场边界条件。
1. 电场边界条件电场边界条件是指电场在介质交界面上满足的条件。
其中，最基本的电场边界条件是法向分量的连续性条件，即电场的法向分量在两个介质交界面上的值相等。
此外，还有切向分量的连续性条件和切向分量的不连续性条件等。
2. 磁场边界条件磁场边界条件是指磁场在介质交界面上满足的条件。
与电场边界条件类似，磁场的法向分量在两个介质交界面上的值相等，即磁场的法向分量是连续的。
此外，磁场的切向分量也需要满足一定的条件，如切向分量的连续性条件和切向分量的不连续性条件等。
二、边值问题的解析研究边值问题是指在给定边界条件的情况下，求解电磁场的数学模型。
在电磁场理论中，边值问题的解析研究是十分重要的，可以帮助我们深入理解电磁场的行为和性质。
1. 边值问题的数学模型边值问题的数学模型是由麦克斯韦方程组和边界条件共同构成的。
通过求解这个数学模型，我们可以得到电磁场的解析解，从而揭示电磁场的基本特性。
2. 边值问题的解析方法边值问题的解析方法主要有分离变量法、格林函数法和辐射条件法等。
其中，分离变量法是应用最广泛的一种方法，它将电磁场分解为多个独立的分量，并通过求解每个分量的方程来得到整个电磁场的解析解。
格林函数法则是通过引入格林函数，将边值问题转化为积分方程的形式，从而求解电磁场的解析解。
辐射条件法则是在边界条件已知的情况下，通过辐射条件来求解电磁场的解析解。
三、边界条件与边值问题的应用边界条件与边值问题在电磁场理论的应用中起着重要的作用，可以帮助我们研究电磁波的传播、电路的分析等问题。
《电磁场和电磁波》 讲义
《电磁场和电磁波》讲义一、什么是电磁场在我们生活的世界中，电磁场是一种无处不在但又常常被我们忽略的存在。
简单来说，电磁场就是由带电粒子的运动所产生的一种物理场。
想象一下，当一个电子在空间中移动时，它的周围就会产生一个电场。
这个电场会对周围的其他带电粒子产生力的作用。
与此同时，如果这个电子在移动的过程中还在不断地改变速度，那么就会产生磁场。
电场和磁场就像是一对好兄弟，它们总是同时出现，相互关联，并且相互影响。
这种相互作用的结果就是我们所说的电磁场。
电磁场的强度和方向可以用数学上的向量来描述。
电场强度用 E 表示，磁场强度用 B 表示。
它们的大小和方向会随着带电粒子的运动状态以及空间位置的变化而变化。
二、电磁场的特性电磁场具有一些非常重要的特性。
首先，电磁场可以在空间中传播。
这就像我们扔一块石头到水里，会产生一圈圈的水波向外扩散一样，电磁场也能以电磁波的形式在空间中传播能量和信息。
其次，电磁场遵循一定的规律。
比如，库仑定律描述了两个静止点电荷之间的电场力作用；安培定律则描述了电流与磁场之间的关系。
再者，电磁场具有能量。
当电磁场发生变化时，能量会在电场和磁场之间相互转换。
这也是电磁波能够传播的一个重要原因。
三、电磁波的产生电磁波的产生通常需要一个源，比如一个加速运动的电荷或者一个变化的电流。
以天线为例，当电流在天线中快速变化时，就会产生迅速变化的电磁场，并向周围空间发射出去，形成电磁波。
另外，原子内部的电子在不同能级之间跃迁时，也会释放出电磁波。
这种电磁波的频率和能量与电子跃迁的能级差有关。
四、电磁波的性质电磁波具有波动性和粒子性双重性质。
从波动性的角度来看，电磁波和其他波一样，具有波长、频率、振幅等特征。
波长是相邻两个波峰或波谷之间的距离；频率则是单位时间内波振动的次数；振幅表示波的能量大小。
电磁波的频率范围非常广泛，从极低频率的无线电波到高频率的伽马射线。
不同频率的电磁波在性质和应用上有着很大的差异。
电磁场与电磁波--电磁场的基本规律
2 J C E ex J m cos tA / m , 所以E＝ex E m cos t D E Jd = r 0 ex r 0 E m sin t t t 位移电流与传导电流幅值比 J dm r 0 E m ＝ ＝9.58 10 13 f J Cm Em 通常金属电导率很大，其中的位移电流可忽略。
物理意义：随时间变化的磁场将产生电场。
4
当导体棒以速度v在静态磁场中运动时，导体回路中的 磁通量也发生变化。此时磁场力 Fm qv B 将使导体中 的自由电荷朝一端运动，则作用在单位电荷上的磁场力 F m 可看成作用于沿导体的感应电场，即：
q
v B
19
说明：时变电磁场的基本量包括电场和磁场，因此其 基本方程应包含四个式子。 注意：时变电磁场的源： 1、真实源（变化的电流和电荷）； 2、变化的电场和变化的磁场。 二、麦克斯韦方程组的积分形式
D C H dl S ( J e t )dS B E dl C S t dS B dS 0 S D dS dV Q V S
Байду номын сангаас
B0bvt sin t B0bv cos t
11
位移电流
一、安培环路定律的局限性
H dl J dS I
c s
C
S2
l
S1
I
如图：以闭合路径 l 为边界的 曲面有无限多个，取如图所示的 两个曲面S1,S2。
则对S1面： H J I c dl S1 dS 矛盾 对S2面： H dl J dS 0
《电磁场与电磁波》教学大纲
《电磁场与电磁波》教学大纲一、课程基本信息1、课程代码：181501；2、课程名称（中/英文）：电磁场与电磁波/ Electromagnetic Fields and Waves ；3、学时/学分：54/3；4 、先修课程：高等数学、大学物理、复变函数与数理方程；5、面向对象：通信工程、电子信息工程、电子信息科学与技术本科生；6、开课院（系）：信息科学与技术学院；7、教材、教学参考书：教材：《工程电磁场与电磁波》，丁君主编高等教育出版社，2005年7月出版；教学参考书：《电磁场与电磁波》（第三版），谢处方编，高等教育出版社，1999年；《电磁场与电磁波》（第二版），周克定译，机械工业出版社，2006年。
二、课程性质和任务《电磁场与电磁波》是电子信息和通信等电子类专业的一门重要的必修专业基础课。
该课程的学习是后续课程《微波技术与天线》、《高等电磁理论》学习的基础。
通过该课程的学习，使学生对宏观电磁场与电磁波的基本概念和规律有深入完整的理解，掌握麦克斯韦方程组的含义及其应用，了解媒质的电磁特性及电磁边界条件，学会定量计算简单电磁场和电磁波问题的基本方法，具备对简单工程电磁问题的分析能力。
三、教学内容和基本要求（一）矢量的概念及运算1. 理解矢量的概念及表示方法；2. 掌握矢量基本运算，矢量的加法、减法、标量积、矢量积；3．掌握标量场的梯度、矢量场的散度、矢量场的旋度概念及运算；4. 理解矢量微分元并会写出其正确的表达式；5．了解正交坐标系及矢量在不同坐标系中的变换；6．了解重要的场论公式。
（二）电磁学基本理论1．理解并计算电场和磁场的基本物理量；2．理解位移电流的概念，并会用安培环路定律解题；3．理解并应用法拉第电磁感应定律；4．应用电流连续性方程解题；5．深刻领会并熟练掌握应用高斯定律求解电磁问题；6．深刻领会麦克斯韦方程组的含义，并熟练应用其求解电磁问题。
（三）媒质的电磁性质和边界条件1．了解电场中的导体的特性和电导率，理解导体中的传导电流与恒定电场的关系；2．了解电介质的极化现象和极化强度，理解电介质中电位移矢量和电场强度的关系；3．了解磁介质的磁化现象和磁化强度，理解磁介质中磁感应强度和磁场强度的关系；4．深刻领会并熟练掌握媒质中的麦克斯韦方程组；5．掌握电磁场的边界条件，并熟练应用其求解电磁问题。
电磁场与电磁波第三章媒质的电磁性质和边界条件
（3）导体表面的电场处处与导体表面垂直，切 向电场为零；
（4）感应电荷只分布在导体表面与直流电源连接，则导体内部会存 在恒定电场。
➢导体中的自由电子受到电场力
的作用，逆电场方向运动。其平
均电子速度称为漂移速度：
• 均匀：媒质参数不随空间坐标（x,y,z）而变化。
6.介质的击穿
介质的击穿：当电介质上的外加电场足够大时 ，束缚电荷有可能克服原子结构的吸引力，成 为自由电荷。此时，介质呈现导体特性。
击穿场强：介质所能承受的最大电场强度。它 在高压技术中是一个表征材料性能的重要参数。
三、磁介质
1.磁介质的磁化
vd
v
eE
式中：
称为电子的迁移率，
e
其单位为 (m。2/V s)
v 故电流密度为： JC
Neevd
可得：
v JC
v
NeeeE
如图，单位时间内通过 dS的电量为：
dq Nee ddS 式中：Ne为自由电子密度。
➢导体材料的物态方程
v
v
JC NeeeE
若设： e Nee vv
则： JC E
5. 电介质的物态方程
v vv
D 0E P
v
v
D (1 e )0E
v
v
已知：P e0E
令： r 1 e
v
vv
D r0E E
电介质的物态方程
其中： r 称为相对介电常数。
材料的介电常数表示为： r0 • 各向同性：媒质的特性不随电场的方向而改变,
反之称为各向异性； • 线性：媒质的参数不随电场的值而变化；
导体的电导率
描述导电材料的电磁特性的物态方程。
工程电磁场与电磁波名词解释大全
《电磁场与电磁波》名词解释不完全归纳（By Hypo ）第一章 矢量分析1.场：场是遍及一个被界定的或无限扩展的空间内的，能够产生某种物理效应的特殊的物质，场是具有能量的。
2.标量：一个仅用大小就能够完整描述的物理量。
标量场：标量函数所定出的场就称为标量场。
（描述场的物理量是标量）3.矢量：不仅有大小，而且有方向的物理量。
矢量场：矢量场是由一个向量对应另一个向量的函数。
（描述场的物理量是矢量）4.矢线（场线）：在矢量场中，若一条曲线上每一点的切线方向与场矢量在该点的方向重合，则该曲线称为矢线。
5.通量：如果在该矢量场中取一曲面S ，通过该曲面的矢线量称为通量。
6.拉梅系数：在正交曲线坐标系中，其坐标变量（u1 ,u2,u3）不一定都是长度， 可能是角度量，其矢量微分元，必然有一个修正系数，称为拉梅系数。
7.方向导数：函数在其特定方向上的变化率。
8.梯度：一个大小为标量场函数在某一点的方向导数的最大值，其方向为取得最大值方向导数的方向的矢量，称为场函数在该点的梯度，记作 9.散度：矢量场沿矢线方向上的导数（该点的通量密度称为该点的散度）10.高斯散度定理：某一矢量散度的体积分等于该矢量穿过该体积的封闭表面的总通量。
11.环量：在矢量场中，任意取一闭合曲线 ，将矢量沿该曲线积分称之为环量。
12.旋度： 一矢量其大小等于某点最大环量密度，方向为该环的一个法线方向，那么该矢量称为该点矢量场的旋度。
13.斯托克斯定理：一个矢量场的旋度在一开放曲面上的曲面积分等于该矢量沿此曲面边界的曲线积分。
14.拉普拉斯算子：在场论研究中，定义一个标量函数梯度的散度的二阶微分算子，称为拉普拉斯算子。
第二章 电磁学基本理论1.电场：存在于电荷周围，能对其他电荷产生作用力的特殊的物质称为电场。
2.电场强度：单位正试验电荷在电场中某点受到的作用力（电场力），称为该点的电场d grad d n a nφφ=强度。
3.电位差：单位正电荷由P 点移动到A 点，外力所做的功称为A 点和P 点之间的电位差。
2.4媒质的电磁特性
③ 铁磁介质：磁化前后其磁场变化很大。
xm 103
r 1
例如：铁、钴、镍
0
中国矿业大学
电磁场与电磁波
第2章
电磁场的基本规律
20
例2.4.1 有一磁导率为 µ ，半径为a 的无限长导磁圆柱，其
( 1 ) 极化电荷体密度
在电介质内任意作一闭合面S，只 有电偶极矩穿过S 的分子对 S 内的极化 电荷有贡献。由于负电荷位于斜柱体内 的电偶极矩才穿过小面元 dS ，因此dS 对极化电荷的贡献为 dqP qnV qnddS cos PdS cos P dS
S 所围的体积内的极化电荷 qP 为 qP P dS PdV
积分形式 S C
D dS dV V E dl 0
电磁场与电磁波
第2章
电磁场的基本规律
10
5. 电介质的本构关系
极化强度 P 与电场强度 E 之间的关系由介质的性质决定。 对于均匀、线性、各向同性介质，P 和 E 有简单的线性关系。
H (r ) dl J (r ) dS i 介质中的安培环路定理 C S （积分形式） B(r ) dS 0 介质中的磁通连续性方程 S
中国矿业大学
电磁场与电磁波
第2章
电磁场的基本规律
18
5、 磁介质的本构关系 磁化强度 M 和磁场强度 H 之间的关系由磁介质的物理性质决 定，对于均匀、线性、各向同性介质，M 与 H 之间存在简单的线
• • •
介质有多种不同的分类方法，如： 均匀和非均匀介质 各向同性和各向异性介质 时变和时不变介质 • • 线性和非线性介质 确定性和随机介质
电磁场与电磁波的特性与性质
电磁场与电磁波的特性与性质电磁场和电磁波是物理学中非常重要的概念，它们在我们日常生活中扮演着重要的角色。
本文将讨论电磁场和电磁波的特性与性质。
首先，让我们来了解一下电磁场的概念。
电磁场是由电荷所产生的力场和磁场相互作用而形成的。
电荷是物质中带有电荷的粒子，它们可以是正电荷或负电荷。
当电荷移动时，它们会产生磁场，而这个磁场会对其他电荷产生力的作用。
电磁场的强度和方向可以用矢量表示。
电磁场的强度随着距离的增加而减弱，这是因为电磁场遵循反比例定律。
电磁场的另一个重要特性是它可以传播能量。
当电荷发生变化时，电磁场会随之变化，这种变化以波的形式传播出去，形成了电磁波。
电磁波是由电场和磁场相互作用而产生的波动现象，它们以光速传播，具有波长和频率。
电磁波的波长越长，频率越低，能量越低；波长越短，频率越高，能量越高。
电磁波可以分为不同的频段，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。
电磁波在我们的日常生活中起到了很多重要的作用。
无线电波被用于通信，我们的手机、电视和无线网络都是基于无线电波传输信息的。
微波则被用于加热食物和通信。
红外线被用于红外线热成像和遥控器。
可见光是我们能够看到的光线，它使我们能够看到周围的世界。
紫外线被用于紫外线杀菌和紫外线灯。
X射线被用于医学成像和安全检查。
γ射线则具有很高的能量，被用于癌症治疗和核物理研究。
除了传播能量，电磁波还具有干涉、衍射和偏振等特性。
干涉是指两个或多个波相互叠加形成干涉图案的现象。
衍射是指波通过一个障碍物或孔径后发生弯曲和扩散的现象。
偏振是指光波中的电场矢量在特定方向上振动的现象。
这些特性使得电磁波在科学研究、工程应用和日常生活中都有广泛的应用。
总结起来，电磁场和电磁波是物理学中重要的概念。
电磁场是由电荷所产生的力场和磁场相互作用而形成的，它具有强度和方向，并可以传播能量。
电磁波是电磁场的波动形式，它们以光速传播，具有波长和频率，并在我们的日常生活中发挥着重要的作用。
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6.介质的击穿
介质的击穿： 当电介质上的外加电场足够大时 ，束缚电荷有可能克服原子结构的吸引力，成 为自由电荷。此时，介质呈现导体特性。
击穿场强： 介质所能承受的最大电场强度。它 在高压技术中是一个表征材料性能的重要参数。
三、磁介质
1.磁介质的磁化
? 磁偶极矩
r pm
?
r IdS
I —分子电流
Am 2
3. 极化电荷（束缚电荷）
由于电场作用产生极化 ,从而使介质内部出
现极化体电荷 ,介质表面出现极化面电荷 .我们
定义:
极化体电荷密度 极化面电荷密度
r
?P ? ??? P
? Ps
?
r P
?
r a
n
若电介质中还存在自由电荷分布时，电介质中 一点总的电位为：
? ? ?A
?
1
4π?0
?V ? ? P dV?? 1
? 磁介质的磁化现象：
还有一些材料对磁场较敏感，例如螺丝刀在 磁铁上放一会儿，螺丝刀就具有一定的磁性， 能吸起小螺钉。这种现象称为 磁化现象。能产 生磁化现象的材料称为 磁介质。
一、导体
1. 导体的定义： 含有大量可以自由移动的带电粒子 的物质。
导体分为两种 金属导体：由自由电子导电 电解质导体：由带电离子导电
2. 极化强度
为了描述介质极化的状态， 引入极化强度 矢量.定义单位体积内的电偶极矩为 极化强度 矢量(Polarization Intensity Vector), 即
ur
r P?
lim ?
p
?V? 0 ? V
C / m2
式中 ?为p体积元 内?电V偶极矩的矢量和，
pr的方向从负极化电荷指向正极化电荷。
（1）导体为等位体；（2）导体内部电场为零；
（3）导体表面的电场处处与导体表面垂直，切 向电场为零；
（4）感应电荷只分布在导体表面上，导体内 部感应电荷为零。
3. 恒定电场中的导体
?将一段导体与直流电源连接，则导体内部会存 在恒定电场。
?导体中的自由电子受到电场力
的作用，逆电场方向运动。其平
均电子速度称为漂移速度：
随着温度的升高，电导率明显增大。不同材料的电导率数源自见教材上表 3-1。二、电介质
1.电介质的极化
(1)定义 这种在外电场作用下，电介质中出现有序排
列的电偶极子，表面上出现束缚电荷的现象，称 为电介质的极化(Polarized) 。
(2)分类
非极性分子
位移极化
极性分子
取向极化
(3)极化的结果
极化的结果是在电介质的内部和表面形成 极化 电荷， 这些极化电荷在介质内激发出与外电场方 向相反的电场 ,从而使介质中的电场不同于介质外 的电场。
?vd
?
v
??eE
式中：?
称为电子的迁移率，
e
其单位为 (m。2/V ?s)
v 故电流密度为： J C
?
? Nee?vd
可得：
v JC ?
v
Nee? eE
如图，单位时间内通过 dS的电量为：
dq ? ? Nee? ddS
式中：Ne为自由电子密度。
?导体材料的物态方程
v
v
J C ? Nee? eE
若设：? ? ?e Nee
媒质的电磁性质 和边界条件
引言 导体 电介质 磁介质 媒质中的麦克斯韦方程组 电磁场的边界条件
引言
媒质在电磁场作用下可发生现象： ? 导体的传导现象：
在外电场的作用下，这些带电粒子将发生定 向运动，形成电流。这种现象称为 传导。能发生 传导现象的材料称为 导体。
? 电介质的极化现象：
这种在外加电场作用下，分子的电偶极矩将 增大或发生转向的现象称为电介质的 极化现象。
V? R
4 π? 0
? PS dS?
S? R
4. 电介质中的高斯定理
?
? ?E ?
?v ?0
????v0b??
?v ? ? ?0
? ?P
?
? ? (?0E ? P) ? ? v
? ??
?
?
? ? D ? ?v
?
? ? D? ? ?0E ? P
? ? Ddv ?
V
V ? vdv
?
? ? 介质中的
?D ? dS ? q S
2. 静电场中的导体
?在自然状态下，导体中自由电子所带负电荷 和原子核所带正电荷处处等量分布，相互抵消， 因此导体呈电中性状态。 ?在外加静电场的作用下，导体中自由电子做 宏观定向运动，使电荷重新分布，称之为 静电 感应现象 。
?由于导体内部感应电荷产生的内电场的方向 与外电场的方向相反，且逐渐增强。所以当两 者相等时，导体内部总电场为零，电荷定向运 动终止，电荷分布不随时间改变，达到 静电平 衡状态。 ?达到静电平衡状态的导体具有以下状态。
v
v
则： J C ? ? E
导体的电导率
描述导电材料的电磁特性的物态方程。
4. 导体的电导率
?电导率是表征材料导电特性的一个物理量 。
?电导率除了与材料性质（如 N，e ?）e 有关外，还
与环境温度有关。 (1)导体材料：
随着温度的升高，金属电导率变小。
(2)半导体材料 ： ? = ? e Nee ? ? h Nhe
?
r pm
?
0
2. 磁化强度
磁化强度的定义：单位体积内，所有磁矩
的矢量和。
? v
M ? lim
r pmi
?V? 0 ? V
如果 Mv，? 说0 明该物质已经被磁化。
3. 束缚电流（磁化电流）
r
r
Jm ? ?? M
r r
J ms
?
r M
?
r an
a 为媒质表面外法线方向 n
介质磁化后束缚电流在空间产生的矢量磁位 ：
磁偶极子
电子轨道磁矩 主要考虑 原子磁矩 电子自旋磁矩
原子核自旋磁矩
? ? 在没有外磁场作用时
r pm
?
0
? 在外磁场的作用下，发生磁化现象。
在外磁场作用下，物质中的 原子磁矩都将受到一个扭矩作 用，所有原子磁矩都趋于和外 磁场方向一致排列，结果对外 产生磁效应，这种现象称为物 质的磁化。
磁偶极子受 磁场力而转动
令：?r ? 1? ? e
v
vv
D ? ?r?0E ? ? E
电介质的物态方程
其中：?r 称为相对介电常数。
材料的介电常数表示为：? ? ?r?0 ? 各向同性：媒质的特性不随电场的方向而改变 ,
反之称为各向异性；
? 线性：媒质的参数不随电场的值而变化；
? 均匀：媒质参数不随空间坐标（ x,y,z ）而变化。
高斯定理
?从形式上看，真空中和介质中的高斯定理完 全 在一可样Dr中，。但事实上，计划电荷的影响已经包含
?穿过任意封闭曲面的电通量，只与曲面中包 围的自由电荷有关，而与介质的极化状况无关。
5. 电介质的物态方程
v vv
D ? ?0E ? P
v
v
D ? (1? ? e )?0E
v
v
已知：P ? ? e?0 E