第一章电磁现象的普遍规律课件.ppt

边值关系一般表达式 理想介质边值关系表达式 一侧为导体的边 值关系表达式 介质1 介质2 习题：P47-48 11、12、13 例题： 1、已知均匀各向同性线性介质 中放一导体， ，证明 与表面垂直， 导体表面静电场强度为 并求分界面上自由电荷、束缚电荷分布。 解：在静电平衡时，内部 2. 有一均匀磁化介质球，磁化强度为 （常矢）。 求磁化电流分布。 3、无限大平行板电容器内有两层介质，板上面 ，求电场和束缚电荷分布。 电荷分为 解： （1）根据对称性，电场沿 方向，且为 均匀场，极板为导体，在表面处， （2）两介质分界面上电荷分布 导体 第一章第六节 电磁场的能量与能流 §6 电磁场的能量和能流 能量守恒与转化 能量密度、能流密度矢量（重点） 机械功与场能的变化关系 内容提要： 电磁场能量守恒公式（重点） 一、能量守恒与转化 能量： 物质运动强度的量度，表示物体做功的物理量。 主要形式：机械能、热能、化学能、电磁能、原子能。 能量守恒与转化： 能量在不同形式之间可以相互转化，但总量保持不变。 电磁能的特点： 电磁场作为一种物质，具有能量和动量，电磁场弥散于全空间，电磁能也应弥散于全空间。 认识一种新物质的能量从能量转化入手 热能：从机械能转化认识热能并得到热能的量度。 电磁能：从电磁场对带电体系做功来认识电磁能。 二、机械功与场能的变化关系 1、电磁场对运动带电体系所作的功 带电体受电磁场的洛伦兹力（力密度） 设一带电体由一种粒子组成，在电磁场中运动，电荷密度为 ，运动速度为 在 间隔内，力对体元 所做元功： d t 电磁场对整个带电体单位时间所做功： 电磁场对物体所做功转化为物体的机械能或转化为热能（改变速度或焦耳热） 2、功与场量的关系 利用 三、能量密度与能流密度矢量 1、能量密度 带电体能量的增加率 电磁场能量 减少率 因此?为单位体积的能量 --- 能量密度。 单位体积能量的增加率 称为能流密度矢量（玻印亭矢量），表示单位时间、垂直通过单位面积的能量，用来描述能量的传播。 均匀各向同性线性介质中的能量密度 四、电磁场能量守恒公式 电磁场单位时间对带电粒子做的功等于V 内电磁场能量的减少率与单位时间流入V 内的电磁能量之和。 对于全空间电磁场对带电体做功的功率恒等于电磁场能量的减少率。 电磁场能量守恒的微分形式 电磁场能量守恒的积分形式 V 五、电磁场能量的传输 电磁场的能量不在导体中传播而是在场中传播 J E S H 习题：书中例题 思考题：导线的作用？ 能否不用导线来传递能量？ 感生电场的散度方程 总电场的旋度与散度方程 假定电荷分布激发的场为 满足： 总电场为： 因此得到总电场满足的方程： 变化电场是有旋有源场，它不仅可以由电荷直接激发，也可以由变化磁场激发。 感生电场是有旋无源场 由于感生电场不是由电荷直接激发，可以认为 三、位移电流假设 变化电场激发磁场猜想 变化磁场产生感生电场 变化电场产生磁场 ？ ？ 位移电流假设 对于静磁场： 与 相一致 对变化场它与电荷守恒发生矛盾 麦克斯韦假设存在位移电流 总电流： 类比？ 位移电流的表达式是什么？ 麦克斯韦在多方面考虑后取 它仅在产生磁场上与传导电流相同 四、总磁场的旋度和散度方程 （1） 为总磁感应强度 （2）若 ， 仍为有旋场 （3）可认为磁场的一部分直接由变化电场激发 旋度 方程 散度 方程 与变化磁场产生的感生电场比较 后人发现由 可直接导出上述结果 五、真空中的电磁场基本方程 ——麦克斯韦方程组 对方程组的分析与讨论 （1）真空中电磁场的基本方程 揭示了电磁场内部的矛盾和运动，即电荷激发电场，时变电磁场相互激发。微分形式反映点与点之间场的联系，积分方程反映场的局域特性。 （2）线性偏微分方程， 满足叠加原理 一般认为麦克斯韦方程组的后两个方程为附加条件，它可由前两个方程导出。 具体求解方程还要考虑空间中的介质，导体以及各种边界上的条件。 （3）预测空间电磁场以电磁波的形式传播 在电荷、电流为零的空间（称为自由空间） 电磁波 （4）方程通过电磁感应定律加位移电流假设导出，它们的正确性是由方程与实际情况相比较验证的。 电场与磁场之间的相互激发可以脱离电荷和电流而发生。电场与磁场的相互联系，相互激发，时间上周而复始，空间上交链重复，这一过程预示着波动是电磁场的基本运动形态。 他的这一预言在Maxwell去世后（1879年）不到10年的时间内，由德国科学家Hert