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郭硕宏第三版电动力学课件资源

目录

CONTENTS

电动力学基本概念与数学基础

静电场

稳恒电流与磁场

电磁感应与电磁波

等离子体与特殊相对论效应

数值计算方法与仿真技术在电动力学中的应用

电动力学基本概念与数学基础

电场

电荷周围空间存在的一种特殊形态的物质，它对放入其中的电荷有电场力的作用，这种力是库仑力。

磁场

磁体周围空间存在着一种特殊形态的物质，磁场对放入其中的磁体有力的作用。

电磁波

电场与磁场在空间中相互激发、相互转化并传播出去，形成电磁波。

研究矢量场性质及其运算的数学分支，包括矢量函数的极限、连续、微分和积分等运算。

研究物理量在空间中的分布和变化规律的理论，包括标量场、矢量场和张量场等。

场论基础

矢量分析

静电场

库仑定律

描述两个点电荷之间的相互作用力，是静电场的基本定律。

电场强度的叠加原理

多个点电荷产生的电场强度可以矢量叠加。

电场强度

表示电荷在电场中受到的力与其所带电荷量的比值，是矢量场。

描述电场中某点的电势能与电荷量的比值，是标量场。

电势

两点间电势的差值，等于将单位正电荷从一点移动到另一点时电场力所做的功。

电势差

电势相等的点构成的面，与电场强度方向垂直。

等势面

导体的静电平衡

导体内部没有电荷移动的状态，此时导体内部电场强度为零。

有电介质存在时的静电场

电介质会影响电场分布，使电场强度发生变化。

电介质的极化

在外电场作用下，电介质内部正负电荷中心发生相对位移，形成电偶极子。

稳恒电流与磁场

03

电流密度与电流的关系

J=I/S，其中I为电流，S为垂直于电流方向的导体截面积。

01

稳恒电流的概念

在电路中，电荷的定向移动形成电流，且电流的大小和方向不随时间变化，这种电流称为稳恒电流。

02

电流密度的定义

单位时间内通过单位面积的电荷量，用J表示，其方向为电荷定向移动的方向。

磁场是由运动电荷或电流产生的特殊形态的物质。

磁场的产生

磁场对放入其中的磁体产生力的作用，且磁场具有方向性。

磁场的基本性质

为了形象地描述磁场，在磁场中画出一系列有方向的曲线，这些曲线在磁场中的分布情况反映了磁场的强弱和方向，这样的曲线称为磁感线。

磁感线的概念

磁介质的概念

能够被磁场磁化的物质称为磁介质。

磁介质中的磁场

当磁介质放入磁场中时，磁介质会被磁化并在其内部产生附加磁场，这个附加磁场与外加磁场叠加后形成总磁场。

磁化强度的定义

单位体积内磁矩的矢量和称为磁化强度，用M表示。它是描述磁介质磁化程度的物理量。

电磁感应与电磁波

01

02

03

01

电磁波是电场和磁场交替变化并相互激发而在空间传播的一种波动现象。

02

电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播，其传播速度等于光速。

03

电磁波具有能量和动量，可以传递信息和能量，广泛应用于通信、广播、雷达、遥感等领域。

等离子体与特殊相对论效应

包括静电波、电磁波和混合波等，不同类型的波动具有不同的传播特性和物理效应。

波动在等离子体中传播时会受到带电粒子的影响，同时波动也会对等离子体产生反作用，如引起粒子加热、加速和散射等。

等离子体波动研究对于理解宇宙中的天体物理现象、实验室等离子体诊断以及等离子体技术应用具有重要意义。例如，在太阳风与地球磁场相互作用过程中，等离子体波动起着重要的媒介作用；在核聚变反应中，控制等离子体中的波动是实现稳定燃烧的关键因素之一。

等离子体波动类型

波动与等离子体的相互作用

等离子体波动的研究意义

数值计算方法与仿真技术在电动力学中的应用

差分格式的构造

通过泰勒级数展开等方法，将静电场问题的偏微分方程转化为差分方程。

边界条件的处理

针对不同类型的边界条件，如狄利克雷边界、诺依曼边界等，采用相应的差分格式进行处理。

求解方法

利用迭代法、追赶法等数值计算方法求解差分方程，得到静电场的数值解。

03

02

01

仿真流程

阐述使用电动力学仿真软件进行建模、设置参数、运行仿真及后处理的流程。

应用实例

列举电动力学仿真软件在天线设计、微波器件分析、电磁兼容等领域的应用实例，展示其在实际问题中的求解能力。

常见电动力学仿真软件

介绍COMSOLMultiphysics、HFSS、CST等电动力学仿真软件的特点及应用范围。

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