EM07时变电磁场(新版).pdf

电磁场与电磁波 电磁场与电磁波 第七章 第七章 时变电磁场 时变电磁场 武 汉 科 技 大 学 信 息 科 学 与 工 程 学 院 1 本章要点 位移电流的概念 麦克斯韦方程组 时变电磁场的边界条件 能量密度与能流密度矢量 正弦时变电磁场 麦克斯韦方程组的复数形式 能量密度与能量密度矢量的复数形式 2 时变电磁场 时变电磁场是场源（电荷、电流）和场量（电 场、磁场）随时间变化的电磁场，它是有散有 旋场。 时变电场具有两个特点： 1）电场和磁场互为对方的旋度源，相互激 发，两者不可孤立的进行研究； 2）当场源消失后，时变电磁场还可以在空间 存在，并在空间传播，这样就形成了电磁波。 3 时变电磁场 根据第二个特点，在现代通信中，电磁波的传 播特性得到了广泛的应用：人们利用电磁波携 带信息，实现远距离的通信。 4 位移电流 前面讲到的理论成果，例如静电场方程和 恒定磁场方程，一般只是在静态、非时变的情 况下成立，不适用于时变的情况。麦克斯韦用 了很长的时间，提出了位移电流的假设，指明 了变化的电场能够产生磁场。 要实现电磁波的传播，使电场和磁场两者 相互激发，并向远处传播，通常需要实现以下 要求： 5 位移电流 a 电流源激发出变化的磁场，理论依据是电流 的磁效应。 b 变化的磁场向远处激发出变化的电场，理论 依据是电磁感应定律。 c 变化的电场再向远处激发出变化的磁场，理 论依据是这里讲到的位移电流假设。 6 位移电流 根据矢量分析中的结论得知： ∇⋅∇=× H 0 在自然界中有电荷守恒定律： ∇=⋅ J −∂ ∂ t ρ 为了满足以上规律，安培环路定律必须做出 修改，这是因为： ∇=× H J ∇⋅∇=× ∇=⋅H −∂ J ∂ ≠ t ρ 0 矛盾 7 位移