电动力学第一章课件.ppt

电磁现象的普遍规律 本章重点、难点及主要内容简介 本章重点：从特殊到一般，由一些重要的实验定律及一些假设总结出麦克斯韦方程。 §1. 电荷和静电场 一、 库仑定律和电场强度 2. 点电荷电场强度 3．场的叠加原理（实验定律） 5．连续分布电荷激发的电场强度 若已知 ，原则上可求出 。若不能积分,可近似求解或数值积分。但是在许多实际情况 不总是已知的。例如，空间存在导体或介质，导体上会出现感应电荷分布，介质中会出现束缚电荷分布，这些电荷分布一般是不知道或不可测的，它们产生一个附加场 ，总场为 。因此要确定空间电场，在许多情况下不能用上式，而需用其他方法。 二、高斯定理与静电场的散度方程 静电场对任一闭合曲面的通量等于面内电荷与真空介电常数比值。 它适用求解对称性很高情况下的静电场。 它反映了电荷分布与电场强度在给定区域内的关系，不反映电场的点与点间的关系。 电场是有源场，源为电荷。 高斯定理的证明（不要求掌握） 2. 静电场的散度方程 它又称为静电场高斯定理的微分形式。 它说明空间某点的电场强度的散度只与该点电荷体密度有关，与其它点的无关。 它刻划静电场在空间各点发散和会聚情况。 它仅适用于连续分布的区域，在分界面上，电场强度一般不连续，因而不能使用。 由于电场强度有三个分量，仅此方程不能确定，还要知道静电场的旋度方程。 三、静电场的环路定理与旋度方程 1. 环路定理 ⑴ 静电场对任意闭合回路的环量为零。 ⑵ 说明在回路内无涡旋存在，静电场是不闭合的。 四、静电场的基本方程 §2 电流和静磁场 一、电荷守恒定律 1、电流强度和电流密度（矢量） 2、电荷守恒的实验定律 语言描述：封闭系统内的总电荷严格保持不变。对于开放系统，单位时间流出区域V的电荷总量等于V内电量的减少率。 二、磁场以及有关的两个定律 磁场：通电导线间有相互作用力。与静电场类比假定导线周围存在着场，该场与永久磁铁产生的磁场性质类似，因此称为磁场。磁场也是物质存在的形式，用磁感应强度来描述。 3、安培作用力定律 两电流元之间的相互作用力不满足牛顿第三定律。但两通电闭合导体之间满足第三定律。 两电流元之间的相互作用力 原因：不存在两个独立的电流元，只存在闭合回路。 两通电闭合回路之间的相互作用力 三、安培环路定理和磁场的旋度方程 四、磁场的通量和散度方程 五．静磁场的基本方程 微分形式： §3 麦克斯韦方程组 一、电磁感应定律 电磁感应现象 磁通变化的三种方式： a)回路相对磁场做机械运动，即磁场与时间无关， 磁通量随时间变化，一般称为动生电动势； b)回路静止不动，但磁场变化，称为感生电动势； c)上面两种情况同时存在。 二、总电场的旋度和散度方程 感生电场与感生电动势的关系 感生电场的散度方程 三、位移电流假设 变化电场激发磁场猜想 位移电流的表达式是什么？ 四、总磁场的旋度和散度方程 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。 （3）预测空间电磁场以电磁波的形式传播 六、洛伦兹力公式 §4 介质的电磁性质 一、介质的极化和磁化 介质： 介质由分子组成，分子内部有带正电的原子核及核外电子，内部存在不规则而迅变的微观电磁场。 宏观物理量： 因我们仅讨论宏观电磁场，用介质内大量分子的小体元内的平均值表示的物理量称为宏观物理量（小体元在宏观上无限小，在微观上无限大）。在没有外力场时，介质内宏观电荷、电流分布不出现，宏观场为零。 分子分类 (1)有极分子：无外场时，正负电中心不重合，有分子电偶极矩。但因取向无矩，不表现宏观电矩。 二、介质存在时电场的散度和旋度方程 3、电位移矢量的引入 三、介质存在时磁场的散度和旋度方程 3、极化电流密度 6、关于磁场的散度、旋度方程 四、介质中的麦克斯韦方程 五、介质中的电磁性质方程 1、电磁场较弱 ⑵ 各向异性介质（如晶体） 2、电磁场较强时 1、实际电磁场问题都是在一定的空间和时间范围内发生的，它有起始状态（静态电磁场例外）和边界状态。即使是无界空间中的电磁场问题，该无界空间也可能是由多种不同介质组成的，不同介质的交界面和无穷远界面上电磁场构成了边界条件。 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。 三、能量密度与能流密度矢量 1、能量密度 四、电磁场能量