电动力学复习电磁场的基本规律课件

电动力学复习电磁场的基本规律课件contents目录电磁场的基本概念麦克斯韦方程组静电场与恒定磁场时变电磁场电磁波的传播电磁辐射与散射电磁场的基本概念01带电物体在电场中受到力的作用，其大小和方向与电场强度有关。电场强度是描述电场强弱和方向的物理量，单位是伏特/米（V/m）或牛顿/库仑（N/C）。电场磁体或电流周围存在磁场，磁场对处于其中的磁体或电流产生作用力。磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量，单位是特斯拉（T）。磁场电场与磁场麦克斯韦方程组描述了电场和磁场之间相互依赖、相互制约的关系。该方程组包括四个基本方程，即高斯定理、高斯定理的磁场形式、安培环路定律以及法拉第电磁感应定律。电磁波变化的电场和磁场相互激发，形成电磁波。电磁波在空间中传播，具有能量、动量和方向等物理属性。电磁场的统一性测量电场和磁场可以使用各种传感器和测量仪器，如电场计、磁场计、示波器等。国际单位制中，电场强度的单位是伏特/米（V/m），磁感应强度的单位是特斯拉（T）。不同单位间的换算关系需要根据具体情境进行。电磁场的测量与单位单位与换算测量方法麦克斯韦方程组02基于电荷守恒定律和电流连续性方程，推导出电场和磁场的关系。推导一推导二推导三基于安培环路定律和洛伦兹力公式，推导出磁场和电荷、电流的关系。基于法拉第电磁感应定律和变化的磁场产生电场的概念，推导出电场和磁场的变化关系。030201麦克斯韦方程组的推导描述了电场和磁场之间的相互关系，即变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场。物理意义一揭示了电磁波的存在和传播规律，即光速在真空中的传播速度。物理意义二说明了电磁场的能量传播方式和守恒定律，即能量守恒定律。物理意义三麦克斯韦方程组的物理意义分离变量法，将复杂的电磁场问题分解为多个简单的子问题，分别求解后再组合。求解方法一有限元法，将连续的电磁场问题离散化为有限个单元，对每个单元进行求解，最后组合得到整体解。求解方法二边界元法，将问题边界进行离散化，通过边界条件求解电磁场问题。求解方法三麦克斯韦方程组的求解方法静电场与恒定磁场03性质静电场对电荷有作用力，其大小和方向由库仑定律确定。静电场中电场线不闭合，且在无电荷处不中断。静电场中电场强度E与电势差V之间满足关系式：E=−∇V。定义：静电场是由静止电荷产生的电场，其电场线从正电荷出发，终止于负电荷或无穷远处。静电场的定义与性质恒定磁场的定义与性质定义：恒定磁场是由恒定电流产生的磁场，其磁场强度H与电流密度J之间满足关系式：J=∇×H。性质恒定磁场对电流有作用力，其大小和方向由安培定律确定。恒定磁场中磁场强度H与磁感应线B之间满足关系式：H=∇×B。恒定磁场中磁感应线是闭合曲线，且在无电流处不中断。

静电场与恒定磁场的比较静电场与恒定磁场都是矢量场，具有方向和大小。静电场与恒定磁场的作用力都与场强或磁场强度成正比，与被作用物体有关。静电场与恒定磁场在空间中都有一定的分布范围，且都与产生它们的源有关。时变电磁场04定义时变电磁场是指电磁场随时间变化，即电场强度E、磁场强度H以及介质的电位移D和磁感应强度B等物理量都随时间t变化。性质时变电磁场具有动态性、波动性和能量传递等性质，其电磁波的传播速度与光速相同。时变电磁场的定义与性质时变电磁场的麦克斯韦方程组时变高斯定律描述电场与电荷分布的关系，其解为电场分布与电荷分布的函数关系。波动方程描述电磁波在空间中传播的规律，其解为平面波、球面波等不同形式的波。麦克斯韦方程组描述时变电磁场的运动规律，包括波动方程、时变高斯定律、时变安培环路定律和时变洛伦兹力公式等。时变安培环路定律描述磁场与电流分布的关系，其解为磁场分布与电流分布的函数关系。时变洛伦兹力公式描述带电粒子在时变磁场中的受力情况，其解为带电粒子运动轨迹的函数关系。分离变量法01将电磁场问题分解为多个独立的问题，分别求解，适用于具有周期性边界条件的问题。有限差分法02将连续的电磁场离散化，用差分代替微分，用迭代法求解离散化的方程组，适用于计算复杂的电磁场分布。有限元法03将连续的电磁场划分为有限个小的区域（元），在每个元上分别求解，然后将各个元的解组合起来得到整个场的解，适用于求解具有复杂边界条件的电磁场问题。时变电磁场的求解方法电磁波的传播05纵波传播电磁波的电场和磁场振动方向都平行于波的传播方向，是纵波。横波传播电磁波的电场和磁场振动方向都垂直于波的传播方向，是横波。表面波传播在导体表面附近传播的波，其能量主要集中在导体表面附近。电磁波的传播方式在真空中，电磁波的传播速度为光速，约为3×10^8米/秒。光速在介质中，由于介质的折射率不同，电磁波的传播速度会小于光速。介质中的速度电磁波的传播速度真空中没有介质分子，电磁波的传播速度为光速。真空在介质中，电磁波的传播速度小于光速，且与介质的折射率有关。介质折射率是描述光在介质中传播速度减慢程度的物理量，其值大于1。折射率定义不同介质的折射率不同，因此光在不同介质中的传播路径会发生偏折，产生折射现象。不同介质折射率电磁波的传播介质与折射率电磁辐射与散射06电磁辐射的产生源于电荷和电流的加速运动，根据麦克斯韦方程组，变化的电场和磁场相互激发，形成电磁波并向外传播。自然界的放射性元素、太阳等天体以及各种人工装置都能产生电磁辐射。电磁辐射的强度、频率等特性取决于产生源的物理性质和状态。电磁辐射的产生机制当电磁波遇到尺寸与波长相当或更小的障碍物时，会产生散射现象。散射的强弱与障碍物的形状、大小、物理性质以及入射波的频率、极化状态等因素有关。电磁散射的物理模型通常采用几何光学、物理光学、一致性绕射理论等近似或精确方法来描述。电磁散射的物理模型求解电磁散射问题的方法主要有积分方程法、有限元法、时域有限差分法等数值计算方法，以及物