§1.4-介质中电磁场的性质解读
电磁场中的电磁波吸收与介质
电磁场中的电磁波吸收与介质电磁波是由电场和磁场交替振荡产生的一种波动现象。
在电磁场中，电磁波与介质相互作用，引起电磁波的吸收。
本文将探讨电磁波在介质中的吸收机制及其影响因素。
一、电磁波吸收的机制电磁波在介质中的吸收主要与介质分子结构、介质的电导率和磁导率等相关。
当电磁波进入介质后，电场和磁场会与介质中的自由电子、分子和离子相互作用，从而引起电磁波的能量转化和损耗。
1. 电磁波在导体中的吸收导体是一种具有高电导率的介质。
当电磁波作用于导体中时，电磁波的能量会被导体中的自由电子吸收并转化为热能，导致导体发热。
这是因为自由电子在电场作用下发生加速运动，导致电子与原子碰撞，从而散失能量。
导体对电磁波的吸收与导体的电导率和电磁波频率有关。
当电磁波频率较低或导体电导率较高时，导体对电磁波的吸收能力更强。
2. 电磁波在绝缘体中的吸收绝缘体是一种具有较低电导率的介质。
当电磁波作用于绝缘体中时，电磁波的能量主要通过介质分子的振动和转动来吸收。
绝缘体对电磁波的吸收与介质分子结构和电磁波频率有关。
在电磁波频率较低时，绝缘体对电磁波的吸收能力较弱。
而在电磁波频率较高时，电磁波对绝缘体的吸收明显增强，因为此时电磁波能量足以使介质分子产生较大的振动和转动。
二、影响电磁波吸收的因素电磁波在介质中的吸收受多种因素的影响。
1. 介质性质介质的性质包括电导率、磁导率、相对介电常数和相对磁导率等。
电导率和磁导率越高，介质对电磁波的吸收越强。
相对介电常数和相对磁导率越大，介质对电磁波的吸收越强。
此外，介质的极化特性也会影响电磁波的吸收。
极化可以分为电子极化、离子极化和定向极化等形式。
极化程度越高，介质对电磁波的吸收越显著。
2. 电磁波频率电磁波的频率直接决定了电磁波与介质相互作用的方式和程度。
在介质中，不同频率的电磁波与介质的相互作用方式和能量转化方式不同。
低频电磁波主要通过介质的极化来吸收能量，而高频电磁波则主要通过导体中的自由电子吸收能量。
电磁学复习
实际中常用μF(微法)和pF(皮法)
等SI量。纲:
C
Q U
IT ML2T 3I 1
M
1L2T 4 I 2
电容只与几何因素和介质有关, 固有的容电本领。
2024/8/27
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二、电容器及其电容
两个互不连结导体构成的闭合导体空腔称 为电容器。
定义 C Q Q U A U B U
电容器的电容是使电容器两极板之间具有单位电 势差所需的电量。 描绘了电容器储存电能的能力。
相互作用能
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或：把这些带 电体从无限远 离的状态聚合 到状态 a 的过 程中，外力克 服静电力作的 功。
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点电荷组的静电势能W等于克服电场力所做 的功A'
W 1
2
i
qiU i
Ui为除qi以外的电 荷在qi处的电势
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第三章 恒定磁场和磁介质
§3.1 磁的基本现象 §3.2 毕奥 —萨伐尔定律 §3.3 磁场的高斯定理和安培环路定理 §3.4 安培定律 §3.5 洛伦兹力 §3.6 磁介质
静电场力做功与路径无关
静电场中场强沿任意闭合环路的线积分恒等于零
E dl 0
L
无旋
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电势差(electric potential difference)
两点之间电势差可表为两点电势值之差
b b
Uab
a
E dl
a
E dl
E dl
U (a) U (b)
33
E0
S
dS
1
0
q0
内+
E dS
S
1
电磁学中的介质的电磁性质研究
电磁学中的介质的电磁性质研究电磁学是研究电场和磁场相互作用的学科，而介质是电磁场的重要组成部分。
介质是指在电磁场中具有电磁性质的物质，包括固体、液体和气体。
在电磁学中，研究介质的电磁性质对于理解电磁场的传播和相互作用机制至关重要。
介质的电磁性质主要包括电介质和磁介质两个方面。
电介质是指能够在电场中产生极化现象的物质，而磁介质则是能够在磁场中产生磁化现象的物质。
介质的电磁性质研究涉及到介质的极化和磁化过程，以及介质对电磁场的响应和传播特性。
在电磁学中，介质的极化是一种重要的现象。
当介质处于外加电场中时，介质中的正负电荷会发生分离，形成电偶极矩，从而导致介质的极化。
介质的极化可以分为电子极化、离子极化和定向极化等不同形式。
电子极化是指介质中的电子在外加电场作用下发生位移，从而形成电偶极矩；离子极化是指介质中的离子在外加电场作用下发生位移，形成电偶极矩；定向极化是指介质中的分子或原子在外加电场作用下发生取向变化，形成电偶极矩。
介质的极化现象不仅与介质的物理性质有关，还与外加电场的强度和频率等因素密切相关。
介质的极化现象对于电磁场的传播和相互作用具有重要影响。
在电磁波传播过程中，电磁波与介质相互作用，会引起介质中的电子、离子或分子发生极化现象，从而改变电磁波的传播速度和传播方向。
这种现象被称为介质对电磁波的吸收和散射。
介质对电磁波的吸收是指介质吸收电磁波的能量，而散射是指介质将电磁波的能量以不同的方向重新分布。
介质的吸收和散射对于电磁波的传播和应用有着重要的影响，例如在无线通信和雷达系统中，介质的吸收和散射会导致信号的衰减和传播路径的变化。
除了电介质，磁介质也是电磁学中的重要研究对象。
磁介质是指能够在磁场中发生磁化现象的物质。
当磁介质处于外加磁场中时，磁介质中的磁性微观磁偶极子会发生取向变化，形成磁化强度。
磁介质的磁化现象与电介质的极化现象类似，都是介质对外加场的响应。
磁介质的磁化现象对磁场的传播和相互作用具有重要影响，例如在电感器和变压器等电磁器件中，磁介质的磁化会导致磁场的集中和传输。
【电动力学课件】1-3-4 麦克斯韦方程组-介质的电磁性质
= ∫ E 感 ⋅ dl
L
因此电磁感应定律可写为
d ∫L E感 ⋅ dl = − dt ∫SB ⋅ dS
若回路L是空间中的一条固定回路，则上式中的 对t的全微商可代为偏微商：
∂B ∫L E感 ⋅ dl = −∫S ∂t ⋅ dS
6
化为微分形式后可得：
∂B ∇ × E感 = − ∂t ——这是磁场对电场作用的基本规律。由上式可以
J P = ∂P / ∂t D = ε 0 E + P 得
B ∂D ∇× − M µ = J f + ∂t 0
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引入磁场强度H，定义为
∂D ∇ × H = Jf + ∂t ② B和H之间的实验关系
H=
B
µ0
−M
改写上式为
实验指出，对于各向同性非铁磁物质，磁化强度 M和H之间有简单的线性关系
2.介质的分类：
①介质分子的正电中心和负电中心重合，没有电偶极矩。 (无极分子） ②介质分子的正负电中心不重合，有分子电偶极矩，但因 分子的无规则热运动，在物理小体积内的平均电偶极矩为 零，故没有宏观上的电偶极矩分布。（有极分子） (3)分子电流：介质分子内部电子运动可以认为构成微观电流。 无外场时，分子电流取向无规，不出现宏观电流分布。
M = χM H
χM称为磁化率。 由此可得： B = µ 0 H + µ 0 M = µ（ 0 1 + χ M ) H = µ 0 µ r H = µH µ称为磁导率， µr为相对磁导率。
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四、介质中的麦克斯韦方程组
∂B ∇ × E = − ∂t ∇ × H = J + ∂D f t ∂ ∇ ⋅ D = ρ f ∇ ⋅ B = 0
电磁场与电磁波-电磁辐射
广播和电视
广播和电视信号通过电磁波传输，覆盖广泛的区域，为人们提供信 息和娱乐。
雷达
雷达利用电磁波探测目标，广泛应用于军事、航空、气象等领域。
医疗领域的应用
磁共振成像（MRI）
MRI利用强磁场和射频电磁波获取人体内部结 构的高分辨率图像。
少其对人体的影响。
电磁辐射的法律法规
制定相关法律法规
国家制定相关法律法规，明确电磁辐射的安全标准、管理措施和 处罚规定。
执行监管
相关部门负责电磁辐射的监管工作，确保企业、单位和个人遵守 相关法律法规。
宣传教育
加强电磁辐射安全知识的宣传教育，提高公众对电磁辐射的认识 和自我保护意识。
电磁辐射的监测与评估
监测网络建设
建立完善的电磁辐射监测网络，对重点区域和设 施进行实时监测和数据采集。
数据处理与分析
对监测数据进行处理、分析和评估，了解电磁辐 射的分布、强度和影响程度。
预警与响应
根据监测结果，及时发布预警信息，采取相应措 施，降低电磁辐射对环境和人体的影响。
04
电磁辐射的应用
通信领域的应用
无线通信
03
电磁辐射的防护与控制
电磁辐射的防护措施
电磁辐射防护用品
使用防辐射服、防辐射眼镜等 个人防护用品，减少电磁辐射
对人体的影响。
距离防护
保持与电磁辐射源的安全距离 ，降低电磁辐射的强度。
时间防护
减少在电磁辐射环境中的暴露 时间，降低电磁辐射的累积效 应。
屏蔽防护
采用电磁屏蔽技术，对电磁辐 射进行吸收、反射和折射，减
人类生产、生活中广泛使用的各种电子设备，如手机、 电视、电脑等，都会产生电磁辐射。
介质的电磁性质
介质表面均匀分布着等量异号的极化电荷.
板外：E外 E0
板内：E1 E0 E仍为均匀电场。 A
E1 E1t E1n
利用边值关系 E1t E2t E sin
D1n
D2n
E
cos
E1n
E
cos
E1
E1t2 E2t2
sin2 ( cos )2 E
E1,n的夹角
tg
E1t E1n
些有极分子在电场作用下按一定方向有序排列，从 宏观上来看这两种行为都相当于产生了一个电偶极 矩。在电磁学中，曾引进了极化强度矢量：
pi
P i V
其中 pi是第 i 个分子的电偶极矩，即
求和是对 V体积中所有分子进行的。
pi qili
a) 极化电荷体密度与极化强度的关系
由于极化，正负电荷间发生了相对位移，每处的 正负电荷可能不完全抵消，这样就呈现宏观电荷，
负电荷，即
S
Qp Q P dS S
因为
Qp V pdV
式中V是S所包围的体积，所以
V pdV P dS V PdV S
即
p P
由此可见，负电荷为极化源头，正电荷为极化 尾闾。
b) 极化电流密度与极化强度的关系
当电场随时间改变时，极化过程中正负电荷 的相对位移也将随时间改变，由此产生的电流称
由n D2 D1 得：应用于上下极板界面
D1 f , D2 f .
E1
f 1
,
E2
f 2
,
由于 p n P2 P1 , 对两介质分界面：
p
P2 P1
e2 E2
e1
E1
2
1
f
0
左极板： p1 n
电磁场在介质中的传播现象
电磁场在介质中的传播现象引言：电磁场是自然界中普遍存在的一种物理现象，它在空气或真空中的传播已经得到了广泛的研究。
然而，当电磁场传播到介质中时，由于介质的物理性质和结构的复杂性，电磁场的传播现象会发生一系列的变化。
本文将探讨电磁场在介质中传播时的一些重要现象和相关研究进展。
第一部分：介质与电磁场的相互作用介质是指能够传播电磁波的物质或介介质。
与空气或真空相比，介质具有更加复杂的物理性质，如电导率、磁导率和介电常数等，这些性质决定了电磁场在介质中传播过程的特征。
当电磁波传播到介质中时，电磁场的振荡会引起介质内部电荷和磁荷的移动，从而改变了原本的电磁场分布。
这种相互作用导致了一系列有趣的现象和效应。
第二部分：折射现象折射是指电磁波在从一种介质传播到另一种介质时发生的偏折现象。
根据斯涅尔定律，入射角和折射角之间存在一个固定的比值，称为折射率，它反映了介质对电磁波传播的阻力程度。
折射现象在光学领域得到了广泛的研究和应用，如棱镜的原理、眼镜的工作原理等。
第三部分：色散现象色散是指介质对波长不同的电磁波的折射率不同，进而导致不同波长的光在介质中传播速度的差异。
这种现象导致了折射角的变化与入射角的关系不再符合斯涅尔定律。
通常情况下，介质对较短波长的光具有较大的折射率，较长波长的光具有较小的折射率，这就形成了色散效应。
色散效应在光学领域广泛应用于分光仪的原理和材料分析等方面。
第四部分：吸收和散射现象介质对电磁场的能量吸收和散射是电磁场在介质中传播过程中的重要现象。
当电磁波传播到介质中时，由于介质分子或原子的内部结构以及电磁场分布的不均匀性，一部分电磁能量会被转化为热能或散射出来。
这种能量损耗和散射会导致电磁场的强度和传播方向的改变。
吸收和散射现象在介质的热传导、电磁波的衰减以及能量转换等领域具有重要的应用价值。
第五部分：电磁波在生物介质中的传播除了常见的固体、液体和气体介质外，生物体内部的组织和细胞也可以被视为一种特殊的介质。
介质中的电场
介质中的电场
电场是一个重要的物理概念，它在我们的生活中起着重要的作用。
电场是由电荷所产生的一个力场，它可以对其他电荷施加力。
在介质中的电场也是如此，它会受到介质的影响而发生变化。
当电荷存在于一个介质中时，它会形成一个电场。
介质可以是固体、液体或气体，它们都具有不同的性质和结构。
电场可以通过介质中的电荷分布来描述，它的强度和方向取决于电荷的性质和位置。
在一个均匀的介质中，电场的强度是相同的。
但是在非均匀介质中，电场的强度会随着位置的改变而改变。
这是因为介质的性质在空间中是不均匀的。
当电荷靠近介质表面时，电场的强度会受到表面电荷的影响而改变。
如果介质表面上存在着正电荷，那么电场的强度会增加；如果存在着负电荷，那么电场的强度会减小。
这是因为电荷相互作用的结果。
介质中的电场可以被用于各种应用。
例如，在电力输送过程中，电场可以用来控制电流的流动方向和强度。
在电子设备中，电场可以用来控制电子的运动和信息的传输。
在生物体内，电场也起着重要的作用，它可以影响细胞的生长和分化。
介质中的电场是一个复杂而有趣的物理现象。
它在我们的日常生活中无处不在，对我们的生活和科学研究都具有重要的意义。
了解和研究介质中的电场可以帮助我们更好地理解自然界的规律，并为我
们的技术和应用提供更好的支持。
希望通过这篇文章的描述，读者能够更好地理解介质中的电场，并对其重要性有更深入的认识。
电磁场与电磁波电磁场的基本规律基础知识讲解
2.3.1 安培力定律 磁感应强度
安培力定律 安培力定律揭示了两个恒定电流回路之间相互作用力的规律，其数学表达式为
为真空中介电常数。
安培力定律
*
磁感应强度矢量
磁力是通过磁场来传递的 电流或磁铁在其周围空间会激发磁场，当另外的电流或磁铁处于这个磁场中时，会受到力（磁力）的作用 处于磁场中的电流元Idl所受的磁场力dF与该点磁场B、电流元强度和方向有关，即
面电流产生的磁感应强度
*
例 求有限长直线电流的磁感应强度。
解：在导线上任取电流元 Idz，其方向沿着电流流动的方向，即 z 方向。由比奥—萨伐尔定律，电流元在导线外一点P处产生的磁感应强度为
其中
当导线为无限长时，1→0，2→
结 果 分 析
*
2.3.2 真空中恒定磁场的散度与旋度
在恒定磁场中，磁感应强度矢量穿过任意闭合面的磁通量为0，即：
*
电荷守恒定律 电荷是守恒的，既不能被创造，也不能被消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或者从一个地方移动到另一个地方。
2.1.3 电荷守恒定律与电流连续方程
电流连续性方程积分形式
由电荷守恒定律：在电流空间中，体积V内单位时间内减少的电荷量等于流出该体积总电流，即
电流连续性方程
磁通连续性定律（积分形式）
由矢量场的散度定理，可推得：
磁场散度定理微分形式
恒定磁场的散度 磁通连续性原理
静磁场的散度处处为零，说明恒定磁场是无源场，不存在磁力线的扩散源和汇集源（自然界中无孤立磁荷存在） 由磁通连续性定律可知：磁力线是连续的
关于恒定磁场散度的讨论：
*
在恒定磁场中，磁感应强度在任意闭合回路C上的环量等于穿过回路C所围面积的电流的代数和与 的乘积，即：
电磁场的性质与应用
电磁场的性质与应用电磁场是一个非常重要且复杂的概念，其涉及到物理学、工程学、电子学等多个领域。
本文将以电磁场的性质与应用为主题，探讨电磁场的基本概念、性质和在日常生活中的应用。
本文将从三个方面来论述电磁场的性质。
首先，我们需要了解电磁场的基本概念。
电磁场是由电场和磁场组成的物理现象，可以相互影响，相互转换。
电场是由带电粒子产生的一种力场，它的作用是使带电粒子受到电力的作用。
而磁场是由电流产生的一种力场，它的作用是使带电粒子受到磁力的作用。
电场和磁场的相互作用形成了电磁场，电磁场在空间中传播，并对周围物质和带电粒子产生作用力。
然后，我们将探讨电磁场的性质。
电磁场有许多特性，其中最重要的是它的无穷远作用和相互作用。
无穷远作用意味着电磁场可以在空间中传播无限远，并对远处的物质产生影响。
相互作用表示电磁场不仅可以作用于带电粒子，还可以作用于其他电磁场。
此外，电磁场还具有线性叠加性、波动性和辐射性等特性。
线性叠加性指的是多个电磁场可以叠加在一起，形成新的电磁场。
波动性表示电磁场是一种波动现象，具有波长、频率和速度等概念。
辐射性意味着电磁场可以通过辐射传播，并在空间中形成电磁波。
最后，我们将探讨电磁场在日常生活中的应用。
电磁场的应用广泛而且常见。
首先，电磁场在通信领域中起着重要的作用。
无线电、电视、手机等通信设备都是基于电磁场的传播原理，通过发送和接收电磁波来进行信息传递。
其次，电磁场在医学诊断领域中也被广泛应用。
核磁共振成像（MRI）技术使用了强大的磁场和电磁场原理，能够对人体内部进行高清影像扫描。
此外，电磁场还在电力输送、电子设备、雷达、导航系统等领域有着重要的应用。
总之，电磁场是一个重要且复杂的物理现象。
了解电磁场的基本概念和性质对于我们理解和应用电磁场都具有重要意义。
电磁场的应用也在我们的日常生活中随处可见，从通信到医学再到工业，都离不开电磁场的应用。
通过进一步研究和应用电磁场，我们可以改善生活质量，推动科学技术的发展。
电磁场的基本性质与相互作用
电磁场的基本性质与相互作用电磁场是我们日常生活中常见的物理现象之一。
它是由带电粒子形成的，具有磁场和电场两个基本性质。
本文将对电磁场的基本性质和相互作用进行探讨。
一、电磁场的基本性质电磁场是电荷周围产生的力场，具有电场和磁场两个基本性质。
1. 电场的性质电场是以电荷为源头产生的力场。
在电场中，一点的电力大小和方向取决于该点的电荷性质。
正电荷会向电量为负的电荷施加引力，而电量为负的电荷则会施加一种称为电力的力。
电场遵循库仑定律，即两个电荷之间的作用力与它们之间的距离成反比，与电荷的乘积成正比。
2. 磁场的性质磁场是以电流为源头产生的力场。
在磁场中，一点的磁场强度和方向取决于该点的电流性质。
电流在磁场中会受到磁力的作用，磁力的方向垂直于电流和磁场的平面，并符合安培定律。
磁场的单位为特斯拉（T），其方向由南极指向北极。
二、电磁场的相互作用电磁场在自身内部和与其他场之间都存在相互作用。
1. 自身相互作用电场和磁场之间存在相互转换的关系。
根据法拉第电磁感应定律，磁场的变化可以在闭合回路中感生电场，而电场的变化则可以产生磁场。
这种相互转换的过程被称为电磁感应。
2. 电磁场与物质的相互作用电磁场可以与物质相互作用，表现为电磁场对带电粒子的力的作用。
根据洛伦兹力的定义，带电粒子在电磁场中受到的力等于电荷乘以电场和磁场的叠加。
这个力可以使带电粒子加速、减速或改变方向。
电磁场与物质的相互作用是电磁学的重要内容，也是电磁感应和电磁波等现象的基础。
总结：电磁场具有电场和磁场两个基本性质，它们分别与电荷和电流相关。
电磁场的自身相互作用表现为电场和磁场之间的相互转换。
与物质的相互作用表现为电磁场对带电粒子的力的作用。
电磁场的基本性质和相互作用是我们理解电磁学的重要基础。
虽然电磁场与我们日常生活息息相关，但我们对其认识的仍有一定的局限性。
在当今科学技术的发展中，对电磁场的研究将会越来越深入，为我们创造更多的奇迹和可能性。
通过对电磁场的深入了解，我们可以更好地掌握和应用电磁学的原理和方法，为推动社会的进步和发展做出更大的贡献。
大学物理中的电磁波电磁场的传播与性质
大学物理中的电磁波电磁场的传播与性质电磁波是大学物理中的重要概念，它在电磁场中传播，并具有多种性质。
本文将从电磁波的定义、传播特性、电磁波谱和应用等方面进行探讨。
一、电磁波的定义电磁波是由变化的电场和磁场相互耦合产生的一种波动现象，具有电磁振荡和传播性质。
它的本质是通过电磁场的相互作用而传播能量和动量。
二、电磁波的传播特性1. 电磁波的速度：电磁波在真空中的传播速度为光速，即299792458米/秒（约为3.0×10^8 m/s），在其他介质中传播速度会发生变化。
2. 电磁波的周期和频率：电磁波的周期是指波的一个完整振动所经历的时间，单位为秒；频率是指单位时间内波的振动次数，单位为赫兹（Hz）。
3. 电磁波的波长和波数：电磁波的波长是指波的一个完整周期所对应的长度，通常用λ表示，单位为米；波数是指在单位长度内波的振动次数，通常用k表示，单位为1/米。
4. 电磁波的能量和强度：电磁波传播时会携带能量，能量与波的振幅和频率有关；强度是指单位面积内电磁波的能量流密度，与波的振幅和传播方向有关。
三、电磁波谱电磁波谱是指电磁波按照频率或波长划分的不同区域。
根据频率的不同，电磁波谱可以分为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等不同的频段。
不同频段的电磁波在应用上具有不同的特性和用途。
四、电磁波的应用1. 通信：无线电波和微波被广泛应用于通信领域，包括无线电广播、电视信号传输、移动通信等。
2. 显微镜和光学：可见光是光学仪器如显微镜的重要光源，通过光学设备的应用可以观察和研究物体的微观结构。
3. 医学诊断和治疗：X射线和γ射线在医学影像和肿瘤治疗中起到重要作用，可以帮助医生诊断和治疗疾病。
4. 遥感和雷达：微波和红外线被用于遥感技术和雷达系统，可以监测和探测地球表面的变化和异常情况。
5. 光电子学和半导体器件：光电子学和半导体器件利用电磁波与物质相互作用的特性，开发了各种光学传感器和光电子器件。
电磁场与电磁波第三章媒质的电磁性质和边界条件
D E B H
4.关于本构矩阵
D B
0
0 E
H
非均匀媒质：C是空间坐标的函数 不稳定媒质：C是时间坐标的函数 时间色散媒质：C是时间导数的函数 空间色散媒质：C是空间坐标导数的函数 非线性媒质： C是场强的函数
四、媒质中的麦克斯韦方程组
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
P lim p
V 0 V
C / m2
式中 p 为体积元 V内电偶极矩的矢量和，
p 的方向从负极化电荷指向正极化电荷。
B
l E dl S t dS
因为
E dl
l
E1tl E2tl
S
B t
dSB tl Nhomakorabeah
0
故：E1t E2t 或 nˆ (E1 E2 ) 0
at
结论：在分界面上 电场强度的切向分 量总是连续的。
若媒质Ⅱ为理想导体时：
E1t 0 理想导体表面没有切向电场。
d eE
式中：
称为电子的迁移率，
e
其单位为 (m。2/V s)
故电流密度为： JC Need 可得： JC 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
JC NeeeE
若设： e Nee
令： r 1 m
B 0r H H
磁介质的物态方程
其中 r称为相对磁导率。
电磁场知识点总结
电磁场知识点总结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”）。
*调谐：改变LC振荡电路中的可变电容，是接收电路产生电谐振的过程*解调：从接收到的高频振荡电流中分离出所携带的信号的过程，是调制的逆过程，解调又叫做检波（收音机是如何接收广播的？收音机的天线接收所有电磁波，经调谐选择需要的电磁波（选台），经过解调取出携带的信号，放大后再还原为声音）5、电磁波的应用电视、手机、雷达、互联网6、电磁波普无线电波：通信红外线：加热物体（热效应）、红外遥感、夜视仪可见光：照明、摄影紫外线：感光、杀菌消毒、荧光防伪X射线：医用透视、检查、探测r射线：工业探伤、放疗。
电磁场的起源和基本性质
电磁场的起源和基本性质电磁场是我们生活中经常遇到的现象和概念之一。
然而，它的起源以及基本性质究竟是什么？要理解电磁场的起源，我们首先需要回顾一下电磁学的发展历程。
19世纪初，欧姆提出了电流与电压之间的关系定律，这一定律被称为欧姆定律。
之后，法拉第进一步深化了对电流的理解，提出了电磁感应现象。
他发现，当磁场的变化通过一个导体回路时，会在导体中产生感应电流。
这个发现为之后的电磁场理论奠定了基础。
麦克斯韦于19世纪中期提出了电磁场方程组，这是现代电磁学的基石之一。
他通过实验观察和理论分析，证明了光是一种电磁波，并将电场和磁场统一在了一个理论框架中。
麦克斯韦的成就不仅仅是对电磁学的巨大贡献，更使得人们开始认识到物理学中的场的概念。
从麦克斯韦的电磁场方程组中，我们可以看到电磁场是通过电荷和电流产生的。
电荷是电磁场的源，电流则是电磁场的传播媒介。
电磁场具有两个基本的性质：电场和磁场。
电场是由电荷产生的一种力场。
电荷可以是正电荷，也可以是负电荷，它们之间相互作用形成了电场。
电场具有两个重要的特性：电场强度和电场线。
电场强度表示了在某一点上电场对单位正电荷的力的大小，是一个矢量。
而电场线则是一种描述电场分布的图形，通常是从正电荷指向负电荷。
磁场是由电流产生的一种力场。
当电荷通过导线流动时，会形成一个环绕导线的磁场。
磁场也具有两个基本性质：磁场强度和磁感线。
磁场强度描述了磁场对单位正电荷的力的大小，也是一个矢量。
磁感线是一种描述磁场分布的线条，通常是围绕着导线形成一个闭合的环路。
除了电场和磁场，在空间中还存在一个相互关联的性质，即电磁波。
正是通过电磁波，电磁场的信息才能够在空间中传播。
电磁波具有电场和磁场的振荡和变化，是一种横波。
了解了电磁场的基本性质，我们可以进一步探究电磁场在生活中的应用。
电磁场的应用非常广泛，涵盖了通信、能源、医学、交通等诸多领域。
例如，电磁波的运用使得我们能够方便地进行无线通信；电磁感应的原理被应用于发电机和变压器等设备中；MRI技术则利用了电磁场对人体内部的影响，用于医学成像。
电磁场与电磁波 课件
国际非电离辐射防护委员会（ ICNIRP）制定了电磁辐射的安全标 准，限制了公众暴露在特定频率和强 度的电磁场中的最大容许暴露量。
各国标准
不同国家和地区根据自身情况制定了 相应的电磁辐射安全标准，以确保公 众的健康安全。
电磁波的防护措施
远离高强度电磁场
尽量减少在高压线、变电站、雷 达站等高强度电磁场区域的停留
射电望远镜是射电天文学的主要观测设备，可以接收来自宇宙的微弱射电信号。
射电天文学的发展对于人类认识宇宙、探索宇宙奥秘具有重要意义。
电磁波探测与成像
电磁波探测与成像技术利用电磁波的 特性，实现对物体内部结构的探测和 成像。
电磁波探测与成像技术对于医学诊断 、无损检测等领域具有重要意义。
医学上常用的超声波、核磁共振等技 术都是基于电磁波的探测与成像原理 。
这些物理量在电磁场与物质相互作用中起着重要作用，例如在光子与物 质的相互作用中，光子的能量和动量会与物质的能量和动量发生交换。
06
电磁场与电磁波的计算机模 拟
时域有限差分法（FDTD）
总结词
一种用于模拟电磁波传播的数值方法，通过在时域上逐步推进电磁场的变化来求解波动 方程。
详细描述
时域有限差分法（FDTD）是一种基于麦克斯韦方程组的数值计算方法，通过将电磁场 分量在空间和时间上交替离散化，将波动方程转化为差分方程，从而在计算机上实现电 磁波传播过程的模拟。这种方法在计算电磁波传播、散射、吸收等过程中具有广泛的应
磁场
磁Hale Waihona Puke 和电流周围存在的一种特殊 物质，对其中运动的磁体和电流 施加力。
电磁场与电磁波的产生
1 2
3
变化的电场产生磁场
根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场在其周围产生磁场 。
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。
电磁场的概念及其对物理学的影响
电磁场的概念及其对物理学的影响一、电磁场的概念1.电场：电场是指空间中由于电荷的存在而产生的一种特殊的物质，它对放入其中的电荷有力的作用。
2.磁场：磁场是指空间中由于磁体或电流的存在而产生的一种特殊的物质，它对放入其中的磁体有力的作用。
3.电磁场：电磁场是指电场和磁场在空间中同时存在并相互联系的一种物理现象。
二、电磁场的性质和特点1.电磁场的传播：电磁场可以在真空中传播，其传播速度为光速。
2.电磁场的相互作用：电磁场对带电粒子有力的作用，这种作用表现为电磁力的形式。
3.电磁场的能量：电磁场具有能量，可以与物质相互作用，如无线电波、光等。
4.电磁场的波动性：电磁波是电磁场的一种波动形式，具有波动的一切特性。
三、电磁场对物理学的影响1.电磁学的发展：电磁场的研究促进了电磁学的发展，为人类揭示了电、磁、光等现象的内在联系。
2.电磁技术的应用：电磁场的研究成果广泛应用于电子、通信、能源、交通等领域，极大地推动了人类社会的发展。
3.微观粒子的研究：电磁场在粒子物理学、原子物理学等领域中发挥着重要作用，有助于人类探索微观世界的奥秘。
4.相对论的创立：电磁场的研究促使爱因斯坦创立了特殊相对论，揭示了时空的相对性原理。
5.量子电动力学：电磁场是量子电动力学的研究对象，揭示了微观粒子在电磁场中的行为规律。
6.电磁场与物质的相互作用：电磁场与物质的相互作用是现代物理学研究的重要内容，涉及到电磁感应、电磁波的传播等问题。
7.电磁场的测量和观测：电磁场的测量和观测技术为人类提供了研究电磁场的重要手段，如电磁波谱、电磁望远镜等。
综上所述，电磁场作为一种基本的物理现象，对物理学的发展和人类社会的进步具有深远的影响。
习题及方法：1.习题：电场和磁场的区别是什么？方法：电场是由电荷产生的，对放入其中的电荷有力的作用；磁场是由磁体或电流产生的，对放入其中的磁体有力的作用。
电场线从正电荷出发指向负电荷，磁场线从磁体的N极出发指向磁体的S极。
介质知识点总结
介质知识点总结介质是指物质传导电磁波的物质，是用来传导电磁波的物质。
在电磁领域中，介质是一种媒质，可以传播电磁波。
介质广泛应用于通信、雷达、微波炉、医学成像等领域。
介质的性质和特性对于电磁波的传播具有重要的影响。
本文将对介质的相关知识点进行总结，包括介质的基本概念、介质的性质、介质的分类、介质的应用以及未来介质的发展趋势等方面。
一、介质的基本概念介质是一种物质，在电磁波传播中起着重要的作用。
它可以传导电磁波，并且能够将电磁场的能量进行传播和储存。
介质通常被用来在电磁场中传递电磁波，这些电磁波包括光、热、声、微波等。
具体来说，介质本质上是和电磁场耦合的物质，可以感受到外加电磁场的作用，并且能够产生响应。
介质对光的传播有不同的影响，具体取决于介质的折射率、吸收系数、散射系数等参数。
二、介质的性质介质的性质包括折射率、吸收系数、电磁波传播速度和色散等。
各种介质在电磁波传播过程中表现出不同的性质，这些性质对于电磁波传播具有重要的影响。
折射率是介质光密度的一个指标，它决定了光在介质中传播的速度和方向。
吸收系数决定了介质对电磁波的吸收程度，它是介质对电磁波的能量损耗的一种衡量。
电磁波传播速度是介质中电磁波传播速度的一种指标，它取决于介质的密度和电磁波的频率。
色散是介质对电磁波频率依赖的性质，不同频率的光在介质中具有不同的传播速度，导致不同频率的光被介质分散。
三、介质的分类按照传播电磁波的频率，介质可以分为导电体、绝缘体和半导体。
导电体是指在外加电场条件下，能够传导电流的材料，它伴随着电子的运动而形成电流，具有很好的导电性能。
绝缘体是指在外加电场条件下，几乎不产生电流的材料，它通常是电子运动非常困难的材料，具有很好的绝缘性。
半导体是介于导电体和绝缘体之间的材料，它在一定条件下可以表现出良好的导电性能，也可以表现出良好的绝缘性能。
另外，根据介质的物理性质，介质还可以分为线性介质和非线性介质。
线性介质指介质的电感率、磁感率和介电常数是常数，而非线性介质指这些物理参数是与电场或磁场强度成非线性关系的介质。
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电动力学
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对于铁磁性物质，磁感应强度与外磁场之间的关系还与过 程相关：
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作业： P35 7，9，8，10
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1 f P 所以： E
0E P f 即：
0
Βιβλιοθήκη 定义电位移矢量： D 0E P
对于各向同性的线性介质而言：P E D 0 1 e E 0 r E E 令： P 0 e E ，则：
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§1· 4 介质中电磁场的性质
1、介质
一般的介质都是由原子和分子组成，而原子和分子由带 正电的原子核和带负电的电子构成，所以，从微观上来说 ，介质是由带电粒子组成的多粒子带电系统。
(1) 若无外场作用于介质，则宏观上来说介质整体保持电中 性，且介质中电荷的分布恒定，即： B 0 0 J 0 E 0 (2) 当介质处于外加电磁场中， 有极分子的取向会发生取向极化 无极分子或原子会发生位移极化
q p nqldS nql dS np dS P dS
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显然，对于有限体积元V来说，总的穿出介质的束缚电荷 数为： Q
P dS
p ( x) ，则对于有限体积元来说， 令体极化电荷密度为： QP p ( x )dx 总束缚电荷数为：
xy xz Ex yy yz E y , D E E zy zz z
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B H J E
而在强场作用下，介质的电磁性质一般都不再保持线性关 系，开始出现非线性项： D 1 E 2 : EE B 1 H 2 : HH J 1 E 2 : EE 非线性光学应用：
7、介质中的Maxwell方程
D f B 0 D B H J f E t t 1 这里： B M H , D 0 E P 0
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8、介质的电磁性质
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2、介质的极化 电偶极矩：p qx qx q x x
ql dp 极化强度：P dV
当介质为非均匀介质或外场非均匀电 场时，介质内有可能存在富余的束缚 电荷，即： p 0 在介质表面，沿极化方向取长为l、 底面积为dS的微元，则从微元中穿 出介质的束缚电荷数为：
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所以，在分界面上净束缚电荷数为： QP P 1 dS P 2 dS P 1P 2 dS P P 而束缚面电荷密度为： 1P 2 n
3、电位移矢量
P 0 当介质被极化，一般来说： P 0
e ，极化率； r ，相对介电常数； 这里： ，介电常数。
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4、介质的磁化
磁性介质分类：
弱磁性介质 抗磁性介质 强磁性介质：铁磁体
磁偶极子：m ia m M 磁化强度： V 当磁性介质内的分子电流环在外磁场中有序排列，其内 部一般就会出现极化电流： Jm 0
S
L
L
L
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由以上两个磁化电流表达式可得： J m dS M dl
J m M dS 0 套用Stocks公式有： S 最后有： M J m 0 M 0 J m
导致介质的极化
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P 0 因而： EP 0 P 0
另外，外加磁场会改变分子电流环的取向，由此导致：
Jm 0 Bm 0 m 0 E E0 EP 所以，在介质中： B B0 Bm
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1 引入辅助量，磁场强度： B M H , B 0 H M 0 D H J f 则： t 对于各向同性的线性介质： M H ，令： M m H 则：B 0 1 m H 0 r H H
讨论：
p ( x) 0 (1) 若 P 0 ，则有： p ( x) 0 (2) 若 P 0 ，则有：
对于均匀介质，如果置于均匀外场中，介质均匀极化， 则介质中无束缚电荷；但对于非均匀介质，或介质由多 种不同介电性质的电介质构成，则即使处于均匀外场中， 在介质内部也会出现束缚电荷。 由介质2极化在介质分界面上累 积的束缚电荷数为： Q2 P 2 dS 由介质1极化在介质分界面上累 积的束缚电荷数为：Q1 P 1 dS
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6、介质中的磁场
根据以上讨论，介质中可能存在三种宏观电流：J f , J p , J m E 则： J J f J p Jm 0 t E 则在介质中有： B 0 J f J p J m 0 t P E 根据前面的讨论有： B 0 J f M 0 t t 1 P 0E 整理得： B M J f t 0 1 D 所以有： B M J f t 0
S
L
5、极化电流
若外加电场为时变场，则介质内的极化过程也在不停的变 化，由此产生所谓的极化电流。 对于有限体积元V，其总电偶极矩可以表示为： p qi xi i qi xi 则极化强度为： P i V qi vi qi P i i 则： v P v J p t V V
V
显然： Q QP
p ( x )dx P dS 所以有： V 套用Gauss公式有： p ( x ) P dx 0 V 由此得： P p ( x )
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顺磁性介质
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如图，L为一闭合曲线，以L为边界 线取一曲面S，现在考虑有序排列 的分子电流环对磁化电流的贡献。 以L为中心线，做一个横截面面积 为a的闭合圆柱体。显然，当分子 电流环的中心处于圆柱体外时，该 分子电流环曲面S来说存在净电流 通量，而处于圆柱体外的分子电流 环没有贡献。 所以，对S曲面来说，净磁化电流为： IM nia dl nm dl M dl 这里n为有序排列分子电流环的密度。 若令磁化电流密度为：J M ，则： I m J m dS
对于线性介质，我们有： D E B H J E 但对于晶体，晶体的晶格结构的对称性造成了系统的电磁 性质的各向异性，因而，一般来说，晶体沿不同方向具有 不同的电磁性质，所以，各向异性的介质的电磁性质可以 表示为：
Dx xx Dy yx D z zx
由极化束缚电荷产生相应的极化电场： EP ,所以在介质内有： E E0 E P f P
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1 E E0 EP f p 则：
0 P p 根据前面的讨论： p P 0 0