电磁场理论chap2[宏观电磁场基本规律].pptVIP

主要内容： 宏观电磁现象的实验定律 真空中的Maxwell方程组 介质的极化和磁化 介质中的Maxwell方程组 电磁场的边界条件;§2.1 电荷与电流;单位时间内，通过界面 进入V内部的电荷量为： 该电荷量等于V内单位时 间内的电荷增加量，即： ;§2.2 Coulomb定律与静电场; 实验还证明，真空中多 个点电荷构成的电荷体 系，两两间的作用力， 不受其它电荷存在与否 的影响。多个电荷体系 中某个电荷受到的作用 力是其余电荷与该电荷 单独存在时作用力之矢 量代数和，满足线性叠 加原理。;2 电场强度 实验证明，任何电荷在其所在空间激发出对置于其中的电荷有力作用的物理量，称为电场。由静止电荷激发的电场称为静电 场。人们正是通过对电磁中电荷受力的特 性认识和研究电场的。电荷之间的作用力 是通过电场来传递的。因此电场对电荷的 作用力可以用于定义电场。;空间某点的电场强度定义为置于该点的单位 点电荷（又称试验电荷）受到的作用力： 根据上述定义很容易得到真空中静止点电荷 q激发的电场为： ;如果电荷是连续分布，密度为 。它在空间 任意一点产生的电场为： ;3 静电场的性质 性质1 静电场是有散矢量场， 电荷是静电场的通量源。利用Gauss定理得到 称为静电场的Gauss定律。静电场的Gauss定律表 明静电场的力线发源于正电荷，终止于负电荷 。在 没有电荷的空间中，静电场的力线是连续的。;§2.2 Coulomb定律与静电场;性质2 静电场是无旋场 ;1 Ampere定律 Ampere对电流的磁效 应进行了大量的实验研 究，在 1821～1825年 之间， 设 计 并完成了 四个关于电流相互作用 的精巧实验，得到了电 流相互作用力公式, 称 为Ampere定律。 ;§2.3 Ampere定律与恒定电流的磁场 ;2 Biot—Savart 定律与磁感应强度 实验证明，任一恒定电流元Idl在其周围空 间激发出对另一恒定电流元（或磁铁）具 有力作用的物理量，称为磁场。恒定电流 元之间的相互作用力是通过磁场传递的， 对恒定电流有力的作用是磁场的基本特性;区域V上的磁感应强度的数值为 检验电流元受到作用力最大值 与检验电流元比值的极限 磁感应强度的方向垂直电流元与 电流元受力方向所构成的平面， 三者满足右手螺旋法则。;§2.3 Ampere定律与恒定电流的磁场 ;4 磁场的基本性质 （1) 恒定电流的磁场是无散场，即： 所以 这说明磁场力线是闭合的，没有起点 也没有终点。;（2) 恒定电流的磁场是有旋场，电流是磁场的 涡旋源。 ;5 磁场对运动带电粒子的作用力 电荷运动形成电流，磁场对电流的作用力实际上是对运动电荷的作用力。从而得到 称为称为Lorentz力 。磁场对运动带电粒子的作 用力与粒子运动的方向垂直，这说明磁场对带电 粒子不做功，它只改变粒子的运动方向，而不改 变粒子运动速度的大小。 ;§2.4 真空中的Maxwell方程组; 进一步的实验还证明，只要闭合曲线内磁通 量发生变化，感应的电场不仅存在于导体回 路上，也同样存在于非导体回路上，并满足 如下定量关系式： ; Faraday电磁感应实验定律表明： 变化的磁场可以产生感应电场，该电场与静电场都对电荷有力的作用，所不同的是感应电场沿闭合回路的积分不为零，具有涡旋场的性质，变化的磁场是其旋涡源。因此静态场方程必须加以修正，才能正确描述更为一般的电磁现象。 ;位移电流概念 将 Biot—Savart定律应 用到如图所表示的环 路L，同样以L为边界 的两个不同曲面S1和 S2，其旋涡源的通量 有两个不同的结果：;Maxwell认为，在时变电磁场问题中，电荷密 度 一般是时间的函数，它对于时间的微分 不一定为零，即： 而另一方面， 出现了相互矛盾的结果。 ;在Maxwell所处的时代，磁力线的闭合特性被实验所 证明，因此他认为 是正确的。如果要使;Maxwell认为电流由两个部分组成，其中一部分为 传导电流，另一部分被他称之为位移电流 ，即： 为了获得位移电流表达式，Maxwell认为静电场的 Gauss定律和电荷守恒定律是实验的总结，应予 以保留。利用这两个定律，他对电流的形式进行 了如下的推广： ;推广的位移电流表达式有多种可能的选择。