郭硕鸿《电动力学(第三版)》电子教案-chapter1-5.pptVIP

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第一章 电磁现象的普遍规律 内 容 概 要 1. 麦克斯韦方程组的积分形式 2. 场法向分量边值关系 3. 场切向分量边值关系 §1.5 电磁场边值关系 介质中麦克斯韦方程的微分形式只能用于连续介质的内部,对不连续的边界不适用. 积分形式的方程对介质边界仍适用. 在介质分界面上,由于极化磁化出现的面电荷电流分布激发附加的电磁场,分界面两侧场量发生跃变——边值关系: 描述两侧场量与界面上电荷电流的关系. 1. 麦克斯韦方程组的积分形式 介质 真空 研究边值关系的基础是积分形式的麦克斯韦方程组. 2. 场法向分量边值关系 由场量闭合曲面的积分方程 场量法向分量边值关系 以此为例 各物理量法向边值关系 电荷面密度的存在是电场法向分量发生跃迁的原因. 3. 场切向分量边值关系 磁化介质在界面上出现宏观电流---磁化电流,可用其电流线密度描述. 关于面电流和线密度的说明 对于分布在薄层内的电流在把薄层当作几何面(无厚度)来考虑时就认为是面电流. 则这时通过电流的横截面对应的成了横截线. 电流线密度 :垂直通过 单位横截线的电流. 图示表示分界面,其上有面电流,其线密度 ,?l为横截线. 垂直流过?l段的电流为 ?l 由场量闭合曲线的积分方程 场量切向分量边值关系 以此为例 ?l 介质2 介质1 矢量表示 详细描述: ?l 介质2 介质1 各物理量切向边值关系 电流线密度的存在是磁场切向分量发生跃迁的原因. 麦克斯韦方程组对应的边值关系 连续介质内部 电磁场方程 任意 区域 电磁 场方 程 + = 介质边界 电磁场方程 在介质分界面附近,面自由电荷分布使电位移矢量法向分量不连续,电场强度的切向分量连续;面传导电流分布使磁场强度切向分量存在跃变,磁感应强度的法向分量连续. 子域4 子域3 子域2 子域1 区域外边界 区域内边界 例1 无穷大平行板电容器内有两层介质(如图所示), 极板上电荷面密度为??f , 求电场和束缚电荷分布. 由对称性可知电场沿垂直于平板的方向. ?2 ?1 -?f +?f E2 E1 解: 由 知 在介质1,2分界面, 在介质1与下板分界面, 在介质2与上板分界面, * 第 三 讲 电磁场边值关系 电磁场的能量和能流 内 容 概 要 本讲覆盖教材5-6节内容, 请注意阅读教材 1 分界面上场的法向分量关系, 2 分界面上场的切向分量关系 3 面电荷密度 电流线密度 4 场系统能量守恒的一般形式 5 电磁场的能量密度和能流密度 * 讨论: 1极化电荷激发电场,引起分界面处电场强度发生跃变. 同理,磁化电流将使分界面处磁场发生跃变. 2微分形式只是对连续介质适用. 对于非连续情形,如在分界面(介质与介质、介质与真空等),微分形式不能使用;但积分形式对非连续情形是适用的. * * 把总电场的麦氏方程应用到分界面两侧,(侧面高度为零) 取一闭合柱面,上下面分别位于介质1、2中,且平行于界面,令厚度d-0 * 由上述式子看出,极化矢量的跃变与束缚电荷面密度相关Dn的跃变与自由电荷面密度相关,En的跃变与总电荷面密度相关 对于磁场B,把(麦氏方程组第四式应用到边界上的扁平状区域上,重复以上推导可以得到 同理 * 线电流密度:垂直于电流方向的单位长度上通过的电流强度 磁化介质在界面上出现磁化电流. 例如一磁化的铁棒,在内部,分子电流相互抵消,在表面出现一宏观电流. 分布在面上的磁化电流用其线电流密度描述. 面电荷分布使界面两侧电场法向分量发生跃变,我们可以证明面电流分布使界面两侧磁场切向分量生跃变. 我们先说明表面电流分布的概念. * 线电流密度:垂直于电流方向的单位长度上通过的电流强度 磁化介质在界面上出现磁化电流. 例如一磁化的铁棒,在内部,分子电流相互抵消,在表面出现一宏观电流. 分布在面上的磁化电流用其线电流密度描述. 面电荷分布使界面两侧电场法向分量发生跃变,我们可以证明面电流分布使界面两侧磁场切向分量生跃变. 我们先说明表面电流分布的概念. * 对分界面两侧的狭长回路上应用 * [[[表面电流一般只考虑平行分量,上面方程对垂直分量不约束 从图像上看,既然是表面,电流密度矢量应该在表面内,即无垂直分量. 但从物理上,面总是有限厚度,电流密度矢量可以有垂直分量,面之间传导电流必须有垂直分量. 因此我们不必强调一定没有垂直分量,要说明,此边界条件并不要求电流的垂直分量为零. ]]] * 同理 * 关于电场和磁场的边值关系实际上是Maxwell方程在界面附近的形式. * 由对称性可知电场沿垂直于平板的方向.把边值关系分别应用于下板与介质

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