大学物理电磁场第1章详解.ppt

微波炸弹 微波炸弹是通过把微波束转化为电磁能，毁伤对方电子设施和人员的一种新型定向能武器。该武器系统由超高功率发射机、微波辐射器、大型发射天线和其他辅助设备组成。其工作原理是：高功率微波经过天线聚集成一束很窄、很强的电磁波射向对方，依靠这束电磁波产生的高温、电离、辐射等综合效应，在目标内部的电子线路中产生很高的电压和电流，击穿或烧毁其中敏感元器件，毁损电脑中存贮的数据，从而使对方的武器和指挥系统陷于瘫痪，丧失战斗力。在上次海湾战争中，美军就曾试用过微波武器，主要用来破坏伊拉克的指挥系统和供电网络。行将登台亮相的高功率微波炸弹，据悉是美国费时10年，耗资3亿美元重新改进的。至于它究竟有没有传媒说的那么神，人们还在拭目以待。 电磁学发展简史 Hans Christian Oersted 1777-1851 发现通电导线周围存在磁场。 Andre Ampere 1775-1836 发现两根带电导线之间有力的相互作用。 Jean Baptiste Biot 1774-1862 and Felex Savart 1791-1841 建立计算两电流源之间作用力的方程。 Benjamin Franklin 1706-1790 and Joseph Priestly 1733-1804 提出静电学中的平方反比 律的假设。 Coulomb in1785 用实验证明了两静电荷之间的作用力符合平 方反比律。 Alesandro Volta 1745-1827 研究不同金属之间的相互作用，发明了第一 个电池 1800 。 Karl Friedrich Gauss 1777-1855 发现了关于电荷的散度定理（即高斯定理） Michael Faraday 1791-1867 在1831年发现时变磁场产生电场。 Joseph Herry 有相同的发现。 James Clerk Maxwell 1831-1879 创立了电磁现象的数学模型（麦克斯韦方程组），称之为经典电动力学。“电磁学通论”（1873 。 这两位分别在实践和理论上取得巨大突破， 为现代电磁学的建立做出了杰出的贡献！ Heinrich Rudolph Hertz 1857-1894 在1886年用实验证明了无线电磁波中电与磁 是相互联系的,在他关于电动力学的学术论文 中他用电场强度代替所有的电位,用这种方法 可以从Maxwell方程组中推倒出欧姆定律，基 尔霍夫定律和库仑定律。 Guglielmo Marconi 无线电之父） 1901年完成从英国的Poldhu到加拿大的New- Foundland的跨越大西洋的无线电传播。 由旋度的定义可以得到矢量场的旋度与该矢量场的关系为： 可以看出，旋度是对矢量场的一种微分运算，描述矢量场 在空间的某种变化情况。 由求旋度的公式可见，旋度运算是求导运算的组合，因此，其运算规则与微分运算规则相似，例如 4.斯托克斯 Stokes 定理 斯托克斯定理给出了闭合线积分与面积分的关系，反映了曲面边界上的矢量场与曲面中旋度源的关系 S 例1. 计算 解： 0 例2. 计算 解： 0 小结 1）矢量场的环量 2）环量强度 3）旋度的定义 4）旋度的计算 5）斯托克斯定理 1.7 亥姆霍兹定理 : 1.矢量场的源 散度源，是标量，产生的矢量场在包围源的封闭面上的通量等于（或正比于）该封闭面内所包围的源的总和，源在一给定点的（体）密度等于（或正比于）矢量场在该点的散度； 旋度源，是矢量，产生的矢量场具有涡旋性质，穿过一曲面的旋度源等于（或正比于）沿此曲面边界的闭合回路的环量，在给定点上，这种源的（面）密度等于（或正比于）矢量场在该点的旋度。 2.矢量场按源的分类 1）无旋场 仅有散度源而无旋度源的矢量场 这种场一定无旋涡 线积分和路径无关 因此是保守场 这种场的旋度处处为零 因为 因此这种场可以用标量场的梯度表示 例：静电场 2 无散场 仅有旋度源而无散度源的矢量场 这种场无通量源 这种场的散度处处为零 因为 因此这种矢量场可以表示为另一个矢量场的旋度 例如，恒定磁场 3）在要讨论的场区，既无旋又无散 源在要讨论的区域之外 4）既可能有散，也可能有旋的矢量场 这样的场可分解为两部分： 无旋场部分和 无散场部分 无旋场部分 无散场部分 3.亥姆霍兹定理 亥姆霍兹定理 : 若矢量场在无限空间中处处单值，且其导数连续有界，源分布在有限区域中，则当矢量场的散度及旋度给定后，该矢量场可表示为 式中 亥姆霍兹定理说明，在无界空间区域，矢量场可由其 散度及旋度确定。 在有界区域 在有界区域，矢量场不但与该区域中的散度和旋度有关， 还与区域边界上矢量场的切向分量和法向分量有关。 总结 矢量及其矢量场 三种坐标系中的