《宏观电磁场理论》课件.ppt

《宏观电磁场理论》本课程旨在介绍宏观电磁场理论的基础知识。从电磁场的基本定律出发，深入探讨静电场、静磁场、时变电磁场等重要概念。

课程大纲电磁场理论基础介绍电磁场的基本概念、定律和理论模型，为后续课程学习奠定基础。静电场与静磁场深入探讨静电场和静磁场的性质、计算方法以及应用实例，掌握静电场和静磁场的基本规律。电磁波的传播与应用研究电磁波的传播特性、波的叠加、衍射、偏振等现象，并介绍电磁波在通信、雷达、医疗等领域的应用。

电磁场的基本概念电场带电物体周围的空间存在着电场，电场是电荷之间相互作用的媒介。磁场磁场是由运动电荷或电流产生的空间，它对运动电荷有力的作用。电磁波电磁场在空间的传播形成电磁波，它具有波的性质，可以传播能量和信息。

电场的基本性质电场强度电场强度表示电场力作用于单位正电荷的强度。电势电势是指将单位正电荷从电场中的某一点移至参考点所做的功。电场线电场线是用来描述电场方向和强弱的一种工具，它表明了电场力的方向和大小。电通量电通量是指穿过某个表面的电场力总量，它反映了电场力穿过该表面的强度。

静电场1静电场静电场是由静止电荷产生的场。它是电磁场的一个组成部分，在许多物理现象中起着重要作用。2电势静电场中，电势是一个重要的概念，它描述了电荷在静电场中所具有的势能。3电场线静电场可以用电场线来描述，电场线从正电荷出发，终止于负电荷。

静电场的边界条件11.电位连续性在两种介质的交界面上，电位是连续的，即电位在交界面两侧的值相等。22.法向电场强度连续性在两种介质的交界面上，法向电场强度的变化量等于界面上的面电荷密度。33.切向电场强度连续性在两种介质的交界面上，切向电场强度的变化量等于界面上的面电流密度。44.静电场边界条件静电场边界条件是描述电场在介质界面上的行为，用于计算电场分布和电位分布。

静电场的能量静电场中的能量是储存在电场中的能量。它可以被表示为电场强度和电位移矢量的积分。1/2εE2电场能量密度1/2D2/ε电场能量密度静电场能量的计算涉及对整个空间或特定区域进行积分。

电流的基本概念电流的定义电流是指电荷在导体中的定向移动，它反映了电荷移动的速率和方向。电流的大小用电流强度表示，单位为安培（A），表示每秒通过导体横截面的电荷量。

定常磁场磁场强度定常磁场由磁场强度和磁感应强度来描述。磁感应强度磁场强度是描述磁场的矢量场，是磁场的基本物理量。磁通量磁通量是磁感应强度穿过某一面积的量度，是描述磁场强弱的物理量。磁力线磁力线是描述磁场方向和强度的曲线，在磁场中，磁力线是闭合曲线。

定常磁场的边界条件磁场线方向变化磁场线方向在穿过金属表面时会发生改变，因为金属内部的磁场线总是与金属表面垂直。磁场线在不同介质交界处的变化磁场线在穿过不同介质的交界面时，其方向和强度会发生改变，这取决于介质的磁导率。磁性材料对磁场的影响磁性材料会改变磁场线的方向和强度，磁场线会被吸引到磁性材料内部。

磁场的能量磁场能量储存在磁场中，磁场能量密度与磁场强度的平方成正比。磁场能量可以转化为其他形式的能量，例如，当导体在磁场中运动时，磁场能量可以转化为动能。磁场能量在电磁学中发挥着重要的作用，例如，在电机、发电机、变压器等设备中，磁场能量被用来传递能量。

电磁场的相互作用电磁场相互作用描述了电场和磁场之间的相互影响。电场变化会产生磁场，磁场变化也会产生电场。这种相互作用是电磁波传播的基础，它在许多应用中起着至关重要的作用。例如，在无线通信中，电磁波用于传输信息。在医疗领域，电磁波用于诊断和治疗疾病。在工业领域，电磁波用于加热材料和进行非破坏性检测。

电磁感应1法拉第电磁感应定律变化的磁场产生感应电动势2楞次定律感应电流的方向3涡流导体在变化的磁场中产生的感应电流4自感电流变化产生的感应电动势5互感两个线圈之间的感应现象电磁感应是变化的磁场产生电场，从而导致导体中产生电流的现象。电磁感应是电磁学中的一个重要现象，它在发电机、电动机、变压器等电磁设备中都有广泛的应用。

麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组是描述电磁场的基本规律的四个方程组。这组方程组是由苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦于19世纪60年代提出的。方程组的重要性麦克斯韦方程组是电磁学的基础，是理解电磁现象的基础。它们也被广泛应用于无线电通信、微波技术、光学、材料科学等领域。

波动方程1麦克斯韦方程组电磁场的基本规律2偏微分方程描述电磁波传播3解方程获取电磁波特性波动方程是描述电磁波传播规律的偏微分方程。通过解波动方程，可以获得电磁波的波长、频率、传播速度等重要特性。

平面波11.电场和磁场相互垂直电场、磁场和波的传播方向相互垂直，形成右手螺旋关系。22.振幅恒定平面波在传播过程中，电场和磁场的振幅保持不变。33.传播速度平面波在真空中以光速传播，而在介质中