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电磁场与电磁波基础知识总结.
第一章
一、矢量代数
AB=ABcos( =ABsin(A(B(C) = B(C(A) = C(A(B)
二、三种正交坐标系
1. 直角坐标系
矢量线元???矢量面元
体积元d = dx dy dz 单位矢量的关系
2. 圆柱形坐标系
矢量线元l矢量面元
体积元单位矢量的关系
3. 球坐标系
矢量线元dl = erdr? + e(? rd( ( e(? rsin( d(?矢量面元dS = er ? r2sin( d( d(
体积元单位矢量的关系
三、矢量场的散度和旋度
1. 通量与散度
2. 环流量与旋度
计算公式
4. 矢量场的高斯定理与斯托克斯定理
四、标量场的梯度
1. 方向导数与梯度
2. 计算公式
五、无散场与无旋场
1. 无散场
2. 无旋场
六、拉普拉斯运算算子
1. 直角坐标系
2. 圆柱坐标系
3. 球坐标系
七、亥姆霍兹定理
如果矢量场F在无限区域中处处是单值的,且其导数连续有界,则当矢量场的、和(即矢量场在有限区域V’边界上的分布)给定后,该矢量场F唯一确定为
其中 一、麦克斯韦方程组
1. 静电场
真空中:
场与位:
介质中:
极化
2. 恒定电场
电荷守恒定律:
传导电流与运流电流:
恒定电场方程:
3. 恒定磁场
真空中:
场与位:
介质中:
磁化:
4. 电磁感应定律
5. 全电流定律和位移电流
全电流定律:
位移电流:
6. Maxwell Equations
二、电与磁的对偶性
、边界条件
1. 一般形式
2. 理想导体界面和理想介质界面
第三章
一、静电场分析
1. 位函数方程与边界条件
位函数方程:
电位的边界条件: (媒质2为导体)
2. 电容
定义:两导体间的电容:任意双导体系统电容求解方法:
3. 静电场的能量
N个导体: 连续分布: 电场能量密度:
二、恒定电场分析
位函数微分方程与边界条件
位函数微分方程: 边界条件:
2. 欧姆定律与焦耳定律
欧姆定律的微分形式: 焦耳定律的微分形式:
3. 任意电阻的计算
()
4. 静电比拟法:,
三、恒定磁场分析
1. 位函数微分方程与边界条件
矢量位:
标量位:
电感
定义:
3. 恒定磁场的能量
N个线圈::磁场能量密度:
边值问题的类型
狄利克利问题:给定整个场域边界上的位函数值
纽曼问题:给定待求位函数在边界上的法向导数值
混合问题:给定边界上的位函数及其向导数的线性组合:
自然边界:有限值
唯一性定理
静电场的惟一性定理:在给定边界条件(边界上的电位或边界上的法向导数或导体表面电荷分布)下,空间静电场被唯一确定。
静电场的唯一性定理是镜像法和分离变量法的理论依据。
镜像法
根据唯一性定理,在不改变边界条件的前提下,引入等效电荷;空间的电场可由原来的电荷和所有等效电荷产生的电场叠加得到。这些等效电荷称为镜像电荷,这种求解方法称为镜像法。 选择镜像电荷应注意的问题镜像电荷必须位于待求区域边界之外;镜像电荷(或电流)与实际电荷 (或电流)共同作用保持原边界条件不变。
1点电荷对无限大接地导体平面的镜像
二者对称分布
点电荷对半无限大接地导体角域的镜像
由两个半无限大接地导体平面形成角形边界,当其夹角 为整数时,该角域中的点电荷将有(2n-1)个镜像电荷。
点电荷对接地导体球面的镜像
,
点电荷对不接地导体球面的镜像
,
,位于球心
分离变量法
分离变量法的主要步骤
根据给定的边界形状选择适当的坐标系,正确写出该坐标系下拉普拉斯方程的表达式及给定的边界条件。
通过变量分离将偏微分方程化简为常微分方程,并给出含有待定常数的常微分方程的通解。
利用给定的边界条件确定待定常数,获得满足边界条件的特解。
应用条件
分离变量法只适合求解拉普拉斯方程。
重点掌握
直角坐标系下一维情况的解
通解为:
圆柱坐标系下一维情况的解
通解为:
球坐标系下轴对称系统的解
通解为:
其中
一、时谐场的Maxwell Equations
1. 时谐场的复数描述
2. Maxwell Equations
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