集大成者-麦克斯韦方程组.pptxVIP

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麦克斯韦方程组 麦克斯韦方程组一、一般介质中的麦克斯韦方程组1、微分式旋度电场旋度变化的磁场产生变化的电场法拉第电磁感应定律旋度磁场旋度传导运动电流、位移电流全电流定律散度电场散度高斯定理散度磁场散度磁通连续性原理其中方程中个字母、字符含义电场强度含空间和时间变量的电场强度矢量场(函数)磁场强度含空间和时间变量的磁场强度矢量场(函数)电位移矢量含空间和时间变量的电位移矢量场(函数)磁感应强度含空间和时间变量的磁感应强度矢量场(函数)电流密度含空间和时间变量的电流密度矢量函数(场)电荷密度含空间和时间变量的电荷密度标量函数(场)等号左边场等号左边场等号左边场等号左边场等号右边源等号右边源等号右边源等号右边源哈密顿算符抽象代表了三种坐标系下矢量微分算符,类比砼位置矢量抽象代表了三种坐标系下的位置矢量 麦克斯韦方程组一、一般介质中的麦克斯韦方程组1、微分式旋度法拉第电磁感应定律旋度全电流定律散度高斯定理散度磁通连续性原理环量闭曲线围成的开曲面环量闭曲线围成的开曲面通量闭曲面围成的体通量2、积分式提示:微分式解析和数值解,积分形式的重要应用是对称问题和确定边界条件。雄兔脚扑朔,雌兔眼迷离,双兔傍地走,安能辨我是雄雌?变化的磁场,变化的电场,互相产生兮,安能辨我是源场? 麦克斯韦方程组二、麦克斯韦方程组的变量个数和独立方程的确定1、微分式1、麦克斯韦方程组的变量个数5个矢量,1个标量,每个矢量有3个标量,共16个标变量柱坐标和球坐标类似2、独立方程的确定(1)(2)(3)(4)←对第(1)方程两边同时取散度←左边矢量恒等式 右边:构造第(4)个方程 时间微分和空间微分换序→第(4)方程 ?前三个方程是独立的,两个旋度方程,一个散度方程。旋度方程是矢量方程,每一个矢量方程等价三个标量方程,散度方程就是一个标量方程,因此共有7个独立方程。通过上面分析,麦克斯韦方程组有16个变量,但仅有7个独立的方程,还少9个方程需要由下面辅助方程引入。 麦克斯韦方程组三、麦克斯韦方程组的辅助方程——本构关系——物质方程1、微分式1、辅助方程(1)(2)(3)(4)(1)一般介质的辅助方程(5)(6)(7)真空中的介电常数真空中的磁导率电导率极化强度含空间和时间变量的极化强度矢量函数(场)磁化强度含空间和时间变量的磁化强度矢量函数(场)提示:分别与前面静电场介质极化、静磁场介质磁化和恒定电流的电场在形式上一致,但需要注意这里的量除了是空间的函数外,还是含时间的。三个矢量方程,每个矢量方程对应三个标量方程,共9个方程,加上前面的7个方程,共16个方程,16个方程16个未知数可以求解了。问题:辅助方程中又引入了 和 ,不是又多了6个变量吗?实际: ,并没有增加变量。 麦克斯韦方程组三、麦克斯韦方程组的辅助方程——本构关系——物质方程1、微分式1、辅助方程(1)(2)(3)(4)(1)一般介质的辅助方程(5)(6)(7)真空中的介电常数电导率(2)线性介质的辅助方程(5)(6)(7)介质的介电常数介质的磁导率电导率三个矢量方程,每个矢量方程对应三个标量方程,共9个方程,加上前面的7个方程,共16个方程,16个方程16个未知数可以求解了。问题:如何求解?数值解:Matlab,COMSOL等解析解真空中的磁导率 麦克斯韦方程组三、麦克斯韦方程组的辅助方程——本构关系——物质方程1、微分式1、辅助方程(1)(2)(3)(4)(1)一般介质的辅助方程(5)(6)(7)真空中的介电常数电导率(2)线性介质的辅助方程(5)(6)(7)介质的介电常数介质的磁导率电导率真空中的磁导率2、本构关系名称由来?——物质方程(1)物质方程名称由来 、 、 是描述介质宏观电磁特性的一组参数,与物质有关,体现在方程中称为物质方程。(2)物质的分类真空或空气:理想介质:理想导体:导电介质:线性介质:介质参数与场强大小无关。各向同性介质:介质参数与场强方向无关。均匀介质:介质参数与位置无关。色散介质:介质参数与场的频率有关。提示:这些分类在后面具体分析问题时是前提条件色散、相速度与群速度用到无损耗有损耗 麦克斯韦方程组四、洛仑兹力1、微分式(1)(2)(3)(4)(1)一般介质的辅助方程(5)(6)(7)真空中的介电常数电导率(2)线性介质的辅助方程(5)(6)(7)介质的介电常数介质的磁导率电导率真空中的磁导率电荷(运动或静止)激发电磁场,电磁场反过来对电荷有作用力。当空间同时存在电场和磁场时,以恒速 运动的点电荷 所受的力为:如果电荷是连续分布的,其密度为 ,则电荷系统所受的电磁场力密度为:上式称为洛仑兹力公式。麦克

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