电磁场理论课件
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电磁场理论基础课件chap2.ppt
§2.4 真空中的Maxwell方程组 存在变化电场
2 位移电流概念
将 Biot—Savart定律应 用到如图所表示的环
路L，同样以L为边界
的两个不同曲面S1和 S2，其旋涡源的通量 有两个不同的结果：
l
B
dl
0
S1 0
J ds 0 I
J ds 0
S2
§2.4 真空中的Maxwell方程组
为了获得位移电流表达式，Maxwell认为静电场的 Gauss定律和电荷守恒定律是实验的总结，应予 以保留。利用这两个定律，他对电流的形式进行 了如下的推广：
J总
J＋J D
J＋ 0
E t
§2.4 真空中的Maxwell方程组
推广的位移电流表达式有多种可能的选择。Maxwell 选定这一表达式首先是Faraday电磁感应实验定律证 明了变化的磁场能够激发电场，那么变化的电场能够 激发磁场，是人们把电磁场作为一个相互联系物理现 象的合理假设。此外这一假设形式最简单，解决了恒 定情况下Biot-Savart定律在非恒定情况下的矛盾。 同时又保证了电荷守恒定律和Gauss定律的成立。当 然其正确性仍然依赖于试验的验证。
Br,t 0
Br,t ds 0
s
Faraday电磁感应定律： Maxwell认为变化的磁场产生感应电场，不仅存在
于导体构成的环路，也存在于任何物质空间的任意 点。他对Faraday电磁感应定律的内涵进行了推
广，但保留数学表达式，即：
Er ,t Br ,t
t
l
E
dl
d dt
s
B
ds
V
R R3
r'
dV
1
r' 1 dV 0
麦克斯韦电磁场理论.ppt
变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场
麦克斯韦电磁场理论的基本观点：
电磁场：
哪位科学家通过实验证实了电磁波的存在：
电磁波：
阅读课本回答以下问题
变化的电场和变化的磁场相互联系，形成不可分割的统一体
变化的电场和磁场由近及远地向周围空间传播出去，形成电磁波
赫兹
变化的磁场产生电场 变化的电场产生磁场
理解：
学无止境！
对麦克斯韦理论的理解
恒定的磁场不产生电场 恒定的电场不产生磁场 均匀变化的电场产生恒定的磁场 均匀变化的磁场产生恒定的电场
恒定的电流能不能产生磁场？
能，产生恒定磁场
从微观角度，电流是由电荷定向移动形成。所以恒定电流产生的是均匀变化的电场，从而产生恒定有与其他物质相互作用的属性 ③电磁场也是物质存在的基本形态之一 ④光是变化的电磁场在空间传播的一种形式
麦克斯韦电磁场理论的基本观点：
电磁场：
哪位科学家通过实验证实了电磁波的存在：
电磁波：
阅读课本回答以下问题
变化的电场和变化的磁场相互联系，形成不可分割的统一体
变化的电场和磁场由近及远地向周围空间传播出去，形成电磁波
赫兹
变化的磁场产生电场 变化的电场产生磁场
理解：
学无止境！
对麦克斯韦理论的理解
恒定的磁场不产生电场 恒定的电场不产生磁场 均匀变化的电场产生恒定的磁场 均匀变化的磁场产生恒定的电场
恒定的电流能不能产生磁场？
能，产生恒定磁场
从微观角度，电流是由电荷定向移动形成。所以恒定电流产生的是均匀变化的电场，从而产生恒定有与其他物质相互作用的属性 ③电磁场也是物质存在的基本形态之一 ④光是变化的电磁场在空间传播的一种形式
电磁场理论1-1.ppt
u x, y, z c u x, y, z u x0 , y0 , z0
3.矢量场的矢量线
AM A x, y, z Ax x, y, zex Ay x, y, z ey Az x, y, zez
dx dy dz
矢量线方程
Ax Ay Az
1-4 数量场的方向导数和梯度
1. 方向导数
At dt B t C C 为任意常矢。
② 基本运算性质
③ 数性求法
若已知矢性函数 A At Ax t ex Ay t ey Az t ez
At dt ex Ax t dtex ey Ax t dtex ez Ax t dt
2) 矢性函数的定积分
① 定义：设矢性函数 At 在区间 T1,T2 上连续，则 At 在
① 加减
A B (Ax Bx)x (Ay By )y (Az Bz )z
② 点乘（标量积）
标量积 A B 是一标量, 其大小等于两个矢量模值相乘, 再乘以
它们夹角 的余弦:
A B A B cos AxBx Ay By Az Bz
A B AB 0
A// B A B A B
1) 定义 2) 运算法则
lim
t t0
At
A0
这里，u t 为数性函数，At .B t 为矢性函数；且当 t t0 时， u t At .B t 均有极限存在。
3) 计算方法
lim A t
t t0
lim
t t0
Ax
t
ex
lim
t t0
Ay
t
ey
lim
t t0
Az
t
ez
4) 连续性定义
说明：方向导数可表示为
u l
3.矢量场的矢量线
AM A x, y, z Ax x, y, zex Ay x, y, z ey Az x, y, zez
dx dy dz
矢量线方程
Ax Ay Az
1-4 数量场的方向导数和梯度
1. 方向导数
At dt B t C C 为任意常矢。
② 基本运算性质
③ 数性求法
若已知矢性函数 A At Ax t ex Ay t ey Az t ez
At dt ex Ax t dtex ey Ax t dtex ez Ax t dt
2) 矢性函数的定积分
① 定义：设矢性函数 At 在区间 T1,T2 上连续，则 At 在
① 加减
A B (Ax Bx)x (Ay By )y (Az Bz )z
② 点乘（标量积）
标量积 A B 是一标量, 其大小等于两个矢量模值相乘, 再乘以
它们夹角 的余弦:
A B A B cos AxBx Ay By Az Bz
A B AB 0
A// B A B A B
1) 定义 2) 运算法则
lim
t t0
At
A0
这里，u t 为数性函数，At .B t 为矢性函数；且当 t t0 时， u t At .B t 均有极限存在。
3) 计算方法
lim A t
t t0
lim
t t0
Ax
t
ex
lim
t t0
Ay
t
ey
lim
t t0
Az
t
ez
4) 连续性定义
说明：方向导数可表示为
u l
电磁场的基本理论ppt课件
x
EH C
Z
H
•E、H同频率，同相位地变化，同时极大，
同时为零。
•电磁波的波速为c
1
00
v 1
•空间任一点E、H的关系 E ห้องสมุดไป่ตู้H
四、电磁波的能量
能流密度 （辐射强度）S
定义：单位时间内通过垂直于传播方向的单 位面积的辐射能。
dW wdV wdAvdt
ww ew m1 2E21 2H 2
iImsint
即电荷，电流都是随时间t按正弦（余弦）规律 变化的，是振荡的。
振荡电流 变化的磁场 变化的电场 变化的电场 发射电磁波
LC电路中的电流在自感线圈中产生磁场，电容器上的电荷在电容 器两极板间产生电场。电流和电荷相互交替地周期性变化，因此
LC电路是能产生电磁振荡的一种简单电路。
1820年奥斯特 1831年法拉第
电 产生 磁 磁 产生 电
变化的磁场 激发 电场
? 变化的电场
磁场
内容提要
位移电流Id； 麦克斯韦（Maxwell）方程组； 电磁波性质及能量。
§ 18-1 麦克斯韦电磁理论的 基本概念
一、位移电流
1．问题的提出 将H的回路定理用于闭合的电流回路是没有问题
实物
实物或真空
产生焦耳热 不产生焦耳 热
产生磁场 产生磁场
安培
安培
例.半径为R=0.1m 的两块圆形平板电容器, 两板 间距为d<<R,充电过程某时刻两板之间电场的时 间变化率为 dE1013V/ms
dt
求：1、此时刻两板间的I位; 2、两板间离中心线 r1=0.02m处,
r2=0.12m处的
作回路L1,L2 如图所示。
电磁场理论 PPT课件
• 9. 1822年，法国科学家安培提出了安培定律，将奥斯特的发 现上升为理论。 • 10. 1825年，德国科学家欧姆得出了第一个电路定律：欧姆 定律。
• 11. 1831年，英国实验物理学家法拉第发现了电磁感应定律 。 并设计了世界上第一台感应发电机。
• 12、1840年，英国科学家焦耳提出了焦耳定律，揭示了电磁 现象的能量特性。
三、电磁理论发展简史
电、磁现象是人类和大自然之间最重要的往来现象，也是 最早被科学家们关心和研究的物理现象，其中贡献最大的有富 兰克林、伏特、法拉第等科学家。 19世纪以前，电、磁现象作为两个独立的物理现 象，没有 发现电与磁的联系。
1.电现象最早的记载：公元前 600年左右（摩擦起电） 2. 1745年，荷兰莱顿大学教授马森布罗克制成了莱顿瓶，可以 将电荷储存起来，供电学实验使用，为电学研究打下了基础。 3. 1752年7月，美国著名的科学家、文学家、政治家富兰克林 的风筝试验，证实了闪电是放电现象，从此拉开了人们研究 电学的序幕。
• 13、1848年 ，德国科学家基尔霍夫提出了基尔霍夫电路理论， 使电路理论趋于完善。
• 奥斯特的电生磁和法拉第的磁生电奠定了电磁学的基础。
• 14、电磁学理论的完成者---英国的物理学家麦克斯韦 （1831~1879）。麦克斯韦深入研究并探讨了电与磁之间发 生作用的问题，发展了场的概念。在法拉第实验的基础上， 总结了宏观电磁现象的规律，引进位移电流的概念,并预言 了电磁波的存在 。这个概念的核心思想是：变化着的电场 能产生磁场；与变化着的磁场产生电场相对应。在此基础上 提出了一套偏微分方程来表达电磁现象的基本规律，称为麦 克斯韦方程组，是经典电磁学的基本方程---用最完美的数学 形式表达了宏观电磁学的全部内容 。 • 麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在。
• 11. 1831年，英国实验物理学家法拉第发现了电磁感应定律 。 并设计了世界上第一台感应发电机。
• 12、1840年，英国科学家焦耳提出了焦耳定律，揭示了电磁 现象的能量特性。
三、电磁理论发展简史
电、磁现象是人类和大自然之间最重要的往来现象，也是 最早被科学家们关心和研究的物理现象，其中贡献最大的有富 兰克林、伏特、法拉第等科学家。 19世纪以前，电、磁现象作为两个独立的物理现 象，没有 发现电与磁的联系。
1.电现象最早的记载：公元前 600年左右（摩擦起电） 2. 1745年，荷兰莱顿大学教授马森布罗克制成了莱顿瓶，可以 将电荷储存起来，供电学实验使用，为电学研究打下了基础。 3. 1752年7月，美国著名的科学家、文学家、政治家富兰克林 的风筝试验，证实了闪电是放电现象，从此拉开了人们研究 电学的序幕。
• 13、1848年 ，德国科学家基尔霍夫提出了基尔霍夫电路理论， 使电路理论趋于完善。
• 奥斯特的电生磁和法拉第的磁生电奠定了电磁学的基础。
• 14、电磁学理论的完成者---英国的物理学家麦克斯韦 （1831~1879）。麦克斯韦深入研究并探讨了电与磁之间发 生作用的问题，发展了场的概念。在法拉第实验的基础上， 总结了宏观电磁现象的规律，引进位移电流的概念,并预言 了电磁波的存在 。这个概念的核心思想是：变化着的电场 能产生磁场；与变化着的磁场产生电场相对应。在此基础上 提出了一套偏微分方程来表达电磁现象的基本规律，称为麦 克斯韦方程组，是经典电磁学的基本方程---用最完美的数学 形式表达了宏观电磁学的全部内容 。 • 麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在。
《电磁场理论》课件
《电磁场理论》PPT课件
探索电磁场的奇妙世界。从电磁场的基本概念出发，深入了解麦克斯韦方程 组的原理，并探究电场和磁场的相互作用。
电磁场的基本概念
1 电磁场的定义
介绍电磁场的基本概念和特性，包括电场和磁场的形成和作用。
2 电磁场的方程
了解麦克斯韦方程组，掌握其含义并探索其丰富的物理意义。
3 场强和场线
电场和磁场的相互作用
洛伦兹力
探讨洛伦兹力的作用机制和应用，以及电磁场与带电粒子之间的相互作用。
电磁感应
解释电磁感应的原理和应用，研究磁场变化对电流和电动势的影响。
电磁波的产生和传播
电磁波的产生
深入了解电磁波的产生机制，探究电场和磁场的交 替在空间中的传播特性，包括传播速度、 衰减和反射等现象。
深入了解电磁感应在电动机、变压器等
电磁波的应用
2
设备中的应用原理和工作机制。
探索电磁波在通信、遥感和医学等领域
的广泛应用和前沿技术。
3
磁共振成像
介绍磁共振成像技术的原理和应用，探 究其在医学和科研领域的重要性。
总结和展望
总结电磁场理论的核心概念和主要内容，并展望未来电磁场理论的发展方向和前景。
解释电磁场强度的概念和场线的作用，以及如何分析和表示电磁场的分布情况。
麦克斯韦方程组的介绍
1
高斯定律
详细阐述高斯定律的原理和应用，探讨电场和磁场的产生和分布规律。
2
法拉第定律
深入理解法拉第定律，包括电磁感应的原理、电动势的产生和磁场变化的影响。
3
安培定律
解释安培定律的含义和应用，了解电流和磁场的相互作用及其影响。
电磁场的能量和动量
1 能量守恒定律
探究电磁场能量的来源和 转化，以及能量守恒定律 在电磁场中的应用。
探索电磁场的奇妙世界。从电磁场的基本概念出发，深入了解麦克斯韦方程 组的原理，并探究电场和磁场的相互作用。
电磁场的基本概念
1 电磁场的定义
介绍电磁场的基本概念和特性，包括电场和磁场的形成和作用。
2 电磁场的方程
了解麦克斯韦方程组，掌握其含义并探索其丰富的物理意义。
3 场强和场线
电场和磁场的相互作用
洛伦兹力
探讨洛伦兹力的作用机制和应用，以及电磁场与带电粒子之间的相互作用。
电磁感应
解释电磁感应的原理和应用，研究磁场变化对电流和电动势的影响。
电磁波的产生和传播
电磁波的产生
深入了解电磁波的产生机制，探究电场和磁场的交 替在空间中的传播特性，包括传播速度、 衰减和反射等现象。
深入了解电磁感应在电动机、变压器等
电磁波的应用
2
设备中的应用原理和工作机制。
探索电磁波在通信、遥感和医学等领域
的广泛应用和前沿技术。
3
磁共振成像
介绍磁共振成像技术的原理和应用，探 究其在医学和科研领域的重要性。
总结和展望
总结电磁场理论的核心概念和主要内容，并展望未来电磁场理论的发展方向和前景。
解释电磁场强度的概念和场线的作用，以及如何分析和表示电磁场的分布情况。
麦克斯韦方程组的介绍
1
高斯定律
详细阐述高斯定律的原理和应用，探讨电场和磁场的产生和分布规律。
2
法拉第定律
深入理解法拉第定律，包括电磁感应的原理、电动势的产生和磁场变化的影响。
3
安培定律
解释安培定律的含义和应用，了解电流和磁场的相互作用及其影响。
电磁场的能量和动量
1 能量守恒定律
探究电磁场能量的来源和 转化，以及能量守恒定律 在电磁场中的应用。
电磁场理论优秀课件
第五章 准静态电磁场
麦克斯韦方程组描述了时变电磁场中时变电场与时变磁场相 互依存又相互制约，并以有限速度在空间传播，形成电磁波旳普 遍规律。此时，电磁场量旳鼓励与响应不是同步发生旳，场量旳 时间变量t与空间变量r有关。但在许多工程问题中，尤其在电气 设备、电力传播、生命科学等领域，时变电磁场旳频率教低，因 而在某些特定旳情况下，能够忽视二次源 B 或 D 旳作用，
例5-3 研究具有双层有损介质旳平板电容器接至直流电压 源旳过分过程，如图5-3所示。[书p.195例5-4]
解：设电容器在t≤0-时
处于零状态，极板上没有电
S
荷，即E1(0-)=E2(0-)=0,u(0-)
=0；t≥0+时，电容器旳端电 压被强制跃变，即u(0+)=U。
U
o
根据电容旳伏安关系
ε2 γ2 ε1 γ1
内外导体之间旳坡印亭矢量是
S E H •
•
•
••
U I
2 2 ln
b a
ez
同轴线传播旳平均功率应是坡印亭矢量在内外导体之间旳横截面
S上旳面积分，即
P
Re
S
••
U I
2 2 ln
b
a
dS
• ReUln
•
I
b a
b a
d
•
Re[U
•
I
]
P Re
••
U I
dS
• ReU
•
I
t
旳库仑电场Ec和感应电场Ei。在低频电磁场中，假如感应电场Ei
远不大于旳库仑电场Ec，则能够忽视Bt 现无旋性
旳作用，这时旳电场呈
E （E c E i） E c 0 （5-1）
麦克斯韦方程组描述了时变电磁场中时变电场与时变磁场相 互依存又相互制约，并以有限速度在空间传播，形成电磁波旳普 遍规律。此时，电磁场量旳鼓励与响应不是同步发生旳，场量旳 时间变量t与空间变量r有关。但在许多工程问题中，尤其在电气 设备、电力传播、生命科学等领域，时变电磁场旳频率教低，因 而在某些特定旳情况下，能够忽视二次源 B 或 D 旳作用，
例5-3 研究具有双层有损介质旳平板电容器接至直流电压 源旳过分过程，如图5-3所示。[书p.195例5-4]
解：设电容器在t≤0-时
处于零状态，极板上没有电
S
荷，即E1(0-)=E2(0-)=0,u(0-)
=0；t≥0+时，电容器旳端电 压被强制跃变，即u(0+)=U。
U
o
根据电容旳伏安关系
ε2 γ2 ε1 γ1
内外导体之间旳坡印亭矢量是
S E H •
•
•
••
U I
2 2 ln
b a
ez
同轴线传播旳平均功率应是坡印亭矢量在内外导体之间旳横截面
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P
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旳库仑电场Ec和感应电场Ei。在低频电磁场中，假如感应电场Ei
远不大于旳库仑电场Ec，则能够忽视Bt 现无旋性
旳作用，这时旳电场呈
E （E c E i） E c 0 （5-1）
《电磁场理论讲稿》课件
《电磁场理论讲 稿》ppt课件
目录
• 引言 • 电磁场理论基础知识 • 电磁场理论的应用 • 电磁场理论中的数学方法 • 电磁场理论的实验验证 • 电磁场理论的发展趋势与前沿研
究
01
引言
课程背景
01
电磁场理论是物理学的一个重要 分支，它描述了电磁波的传播、 散射、吸收等现象，是现代通信 、雷达、导航等领域的基础。
总结词
通过观察电磁波在空间中的传播特性，可以验证电磁场理论的正确性。
详细描述
实验中，我们使用发射器和接收器来产生和检测电磁波。通过测量波长、振幅和相位等参数，并与理论值进行比 较，可以验证电磁场理论中的波动方程和传播特性。
电磁感应实验
总结词
电磁感应是电磁场理论中的重要概念，通过实验可以观察到感应电动势和磁场力的产生 。
02
微分用于描述函数在某一点的局部变化，积分则用于计算函数
在某个区间上的累积效果。
导数表示函数在某点的切线斜率，积分则是函数图像与坐标轴
03
围成的面积。
矢量分析
矢量分析是研究向量和向量场的 数学分支，在电磁场理论中具有
重要应用。
矢量分析涉及向量的加法、数乘 、向量的点积、叉积等基本运算 ，以及向量的微分和积分等运算
。
矢量分析中的基本定理包括斯托 克斯定理、高斯定理和格林定理 等，这些定理在电磁场理论中有着广 Nhomakorabea的应用。
偏微分方程
偏微分方程是描述物理现象变化规律的数学工具，在电磁场理论中占有重 要地位。
偏微分方程描述了物理量随空间和时间的变化规律，通过求解偏微分方程 可以了解物理现象的内在规律。
在电磁场理论中，麦克斯韦方程组就是一组偏微分方程，描述了电磁波的 传播和变化规律。
目录
• 引言 • 电磁场理论基础知识 • 电磁场理论的应用 • 电磁场理论中的数学方法 • 电磁场理论的实验验证 • 电磁场理论的发展趋势与前沿研
究
01
引言
课程背景
01
电磁场理论是物理学的一个重要 分支，它描述了电磁波的传播、 散射、吸收等现象，是现代通信 、雷达、导航等领域的基础。
总结词
通过观察电磁波在空间中的传播特性，可以验证电磁场理论的正确性。
详细描述
实验中，我们使用发射器和接收器来产生和检测电磁波。通过测量波长、振幅和相位等参数，并与理论值进行比 较，可以验证电磁场理论中的波动方程和传播特性。
电磁感应实验
总结词
电磁感应是电磁场理论中的重要概念，通过实验可以观察到感应电动势和磁场力的产生 。
02
微分用于描述函数在某一点的局部变化，积分则用于计算函数
在某个区间上的累积效果。
导数表示函数在某点的切线斜率，积分则是函数图像与坐标轴
03
围成的面积。
矢量分析
矢量分析是研究向量和向量场的 数学分支，在电磁场理论中具有
重要应用。
矢量分析涉及向量的加法、数乘 、向量的点积、叉积等基本运算 ，以及向量的微分和积分等运算
。
矢量分析中的基本定理包括斯托 克斯定理、高斯定理和格林定理 等，这些定理在电磁场理论中有着广 Nhomakorabea的应用。
偏微分方程
偏微分方程是描述物理现象变化规律的数学工具，在电磁场理论中占有重 要地位。
偏微分方程描述了物理量随空间和时间的变化规律，通过求解偏微分方程 可以了解物理现象的内在规律。
在电磁场理论中，麦克斯韦方程组就是一组偏微分方程，描述了电磁波的 传播和变化规律。