电磁场讲义
电磁学讲义

4
2、介质的极化
P
①均匀极化 ②极化电荷(束缚电荷):
p
V
i
P dS P dV
V
③极化电荷面密度:对于两种介质的分界面,会出现 P 的突变,产生面极化电荷。
P ( - P2 n - P1 n )
3、电位移矢量 D
D 0E P
U U B U A E dl
B
3、电偶极子的电势 电偶极子:
pr U 4 0 r 3
【总结】:如何求解电场和电势
2
三、静电平衡
1、静电感应和静电平衡 2、静电平衡状态下导体的特点 ①导体内部场强处处为 0. ②净电荷只分布在导体表面. ③靠近导体外表面处的场强与表面垂直,场强大小 E=σ/ε0. ④导体是一个等势体,导体表面是等势面. 【讨论】:静电平衡时导体上的电荷分布 3、静电屏蔽 若带空腔的导体不接地, 则腔内的电场不受导体外的电场的影响, 导体外电场可以受腔 内电场的影响(例如腔内电荷量的改变). 若带空腔的导体接地,则腔内的电场与导体外的电场互不影响(电势同样互不影响). 4、电像法 (1)平面边界 (2)球形边界 (3)无穷镜像
5
第三章 恒定电流
一、电流
1、电流
I
2、电流密度
q t I S
j
金属导体中,电流密度为 j nev ,其中 n 为电子浓度,v 为电子定
二、电阻与欧姆定律
1、欧姆定律
I
2、电阻定律
U R
R
3、欧姆定律的微分形式
l S
j E
三、电功、电功率、效率
1、电功、电功率
W qU UIt P
电磁场讲义

Utility>Parameter>Get Scalar Data
? 选择 OK
2.1-26
第二十六页,编辑于星期二:十五点 三十一分。
? 下面窗口输入面积的参数名,用于后面电流密度输入 去掉面号(如果有的话)
这相应于几何面积总和
标选取
2.1-23
第二十三页,编辑于星期二:十五点 三十一分。
? 以毫米单位生成的模型,最好把模型尺寸变换为国际单位制(变换系数 =.001)
? 使整个模型激活
Utility>Select>Everything
? 缩放平面 -不用拷贝 Preproc>operate>scale>areas
? 选择 OK
第二章 第1节
二维静磁学
第一页,编辑于星期二:十五点 三十一分。
应用 简单直流致动器
? 问题描述 – 2个实体园柱铁芯,中间被空 气隙分开 – 线圈中心点处于空气隙中心
? 分析过程和目的 – 为模拟建模 – 进行模拟 – 后处理
? 电磁力
? 磁场值
切去一部分线圈便以看到极面间空隙
2.1-2
第二页,编辑于星期二:十五点 三十一分。
? 选择 OK
2.1-27
第二十七页,编辑于星期二:十五点 三十一分。
? 把电流密度加到平面上
Preprocessor>Loads>Apply>Excitation>On Areas
? (因为只激活了线圈平面,可在选取框内选择 Pick All )
? 选择 OK
2.1-28
第二十八页,编辑于星期二:十五点 三十一分。
电磁场讲义

1.2.2 Vector
a physical quantity having a magnitude as well as a direction
forቤተ መጻሕፍቲ ባይዱe F
velocity v
electric field intensity E
1. Graphical representation of a vector
Ax By − Ay Bx = Cz
1.2 Scalar and Vector Quantities
1.2.1 Scalar
a physical quantity that can be completely described by its magnitude mass ( m ), time ( t ), work ( W ), electric charge ( q )
A vector quantity is depicted by a line segment. The magnitude of the vector is represented by the length of the line segment. The direction of the vector is indicated by an arrow.
(3) If the dot product of two nonzero vectors is zero, the two vectors
are orthogonal. (θ = π/2 )
∵ Zero vector is thought to be orthogonal to any vector.
Electromagnetic Field
Guilin University of Electronic Technology
电磁兼容讲义-电磁场基础

2.分界面上电场的切向分量
在两种媒质分界面上取一小的 矩形闭合回路abcd ,在此回路 上应用法拉第电磁感应定律
l E dl
S
B t
dS
因为
E dl
l
E1tl E2tl
S
B t
dS
B t
lh
0
因为 D E
故:E1t E2t 或 nˆ (E1 E2 ) 0
D1t D2t
1 2
随时间变化的电场变将产生磁场。
3.1 麦克斯韦方程组
b.麦克斯韦第二方程
法拉第电磁感应定律:
l E dl
s
B t
ds
l
H
dl
s J
ds B
l
s
E
dl
s
D
ds
V
ds t
dV
q
sB ds 0
描述的物理现象是与导电回路相链的磁能发生变
化,回路中产生的感应电动势,感应电动势为回
路上电场强度的线积分。设想此回路为任意媒质
3.4无界空间的均匀平面波 2E
2E
0
2H
的一任意空间轮廓,在这一假设下,法拉第电磁
感应定律推广为麦克斯韦第二方程。
该方程揭示磁场的变化将在其周围空间产生电场, 此电场在空间轮廓线上的闭合线积分等于此回路 (轮廓线)上的电动势。
3.1 麦克斯韦方程组
c.麦克斯韦第三方程
高斯定律:
D ds s
V
dV
q
l
H
dl
s J
ds B
l
s
E
流电流为I,求导线损耗 的功 率(用坡 印亭矢量计算)。
解:思路 I E , H S P
大学物理电磁场第3章讲义教材

zˆ4(a20Iaz22)3/2
2
0
d'
B(z)2(a20Iaz22)3/2 z
3.2 真空中的静磁场基本方程
1. 磁通连续性定理
定义穿过磁场中给定曲面S 的磁感应强度B 的通量为磁通:
BdS 单位 韦伯Wb
S
若S面为闭合曲面
ΦBdS0
磁通连续 性定理
上页 下页
ΦBdS0
注意
① 磁通连续性原理也称磁场的高斯定理,表明磁力线是无头
Bdl 2B0I
l
得到
B
0I 2
e
323
I’ II 3 2 2-- 2 22 2 I 3 2 3 2-- 22 2
lBdl2B 0I3 2 3 2--22 2
得到
B
0I 2
32 -2 32 -22
e
同轴电缆的磁场分布
上页 下页
4.真空中的磁场方程
B (r)40 VJR 2R ˆd V '
磁矢位
注意 1 A是从矢量恒等式得出,是引入的辅助计算 量,无明确的物理意义;
2 A适用于整个磁场区域;
③因
mBdSAdS Stokes’ A dl
S
S
l
m Adl
l
A的单位 Wb/m (韦伯/米)
④ 恒定磁场中A满足库仑规范
A0
2 . 磁矢位 A 的求解
应用磁矢位A求解恒定磁场问题也可以分为 场源问题和边值问题。
③ 洛仑兹力垂直于电荷运动方向,只改变电荷运动方向, 对电荷不做功,而库仑力改变电荷运动速度做功。
上页 下页
安培力定律
真空中
描述两个电流回路之间相互作用力的规律。
l1
电磁场讲义5

第五章 恒定磁场分析
第四节 磁偶极子的矢量位和标量位
1. 磁偶极子的磁矩 一个小圆电流环为一个磁偶极子,
IS为磁偶极子的磁矩,即 Pm I S ,
S为小圆电流包围的面积.
2. 磁偶极子的矢量位
P (r, , 0)
Pm I S
a
A
0 a2I 4 r2
sin e
0 Pm er 4 r2
0 Pm 4
第五章 恒定磁场分析
3. 1 与 2 间关系
tan 1 1 tan 2 2
对Js 0情况有
H1t H1 sin1 H2t H2 sin2
第五章 恒定磁场分析
例1.半径为a的无限长直导体,通有电流 I ,求 H .
解:
H dl I
由于对称性, H H r 与、z无关
r > a时
H1 dl I
ra
H1 2 r I
H1
I
2
r
e
9 2023/12/27Jin Jie
对r < a情况
第五章
恒定磁场分析
H2 dl I
H2 2 r
37 2023/12/27Jin Jie
第五章 恒定磁场分析
2. 场变量 H 的切向分量的边界条件
H dl I H d l H1t l H2t l Js l
H1t H2t Js
即 n H1 H2 Js
若 Js 0,
则
H1t H2t
A1 A2
或
t
t
1
2
38 2023/12/27Jin Jie
B A r
z
e
Az r
Ar rA Az
e
0 I 2
电磁场和电磁波复习讲义

3. 矢量场的散度 F
为了定量研究场与源之间的关系,需建立场空间任意点(小
体积元)的通量源与矢量场(小体积元曲面的通量)的关系。利
用极限方法得到这一关系:
F(x, y, z) lim
S F(x, y, z) dS
V 0
V
称为矢量场的散度。
散度是矢量通过包含该点的任意闭合小曲面的通量与闭合小 曲面所包围体积元之比的极限。
第1章 矢量分析
1.3 标量场的梯度 1.4 矢量场的通量与散度 1.5 矢量场的环流与旋度 1.6 无旋场与无散场 1.8 亥姆霍兹定理
1
3. 标量场的梯度( gradu 或 u)
| 概念:
u
el
u l
,其中
max
el
u 取得最大值的方向 l
意义:描述标量场在某点的最大变化率及其变化最大的方向。
e
ez ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
F
z
F F Fz
7
球坐标系
F
1
er re r sine
r2 sin r
Fr rF r sinF
3. 斯托克斯定理
从旋度的定义出发,可以得到矢量场沿任意闭合曲线的环
流等于矢量场的旋度在该闭合曲线所围的曲面的通量,即
C F dl S F dS
方向相反大小 相等结果抵消
斯托克斯定理是闭合曲线 积分与曲面积分之间的一个变 换关系式,也在电磁理论中有 广泛的应用。
性质: F dS 0 S
无散场可以表 示为另一个矢量场的旋度 F A
F ( A) 0
例如,恒定磁场
B 0 B A
10
1.8 亥姆霍兹定理
亥姆霍兹定理:
若矢量场在无限空间中处处单值,且其导数连续有界,源分
《电磁场和电磁波》 讲义

《电磁场和电磁波》讲义一、什么是电磁场在我们生活的这个世界里,电磁场无处不在。
从你手中的手机发出的信号,到照亮房间的灯光,再到地球上的闪电,都与电磁场有着密切的关系。
那么,究竟什么是电磁场呢?简单来说,电磁场是由带电粒子的运动产生的一种物理场。
电荷的存在会在其周围产生电场,而当电荷运动起来,比如电流在导线中流动时,就会产生磁场。
电场和磁场总是相互关联、相互依存的,它们共同构成了电磁场。
想象一下,一个静止的电荷会在周围空间产生一个静电场,这个电场的强度会随着距离电荷的远近而变化。
当这个电荷开始运动,比如在导线中形成电流时,就会产生一个磁场,这个磁场的方向可以通过右手定则来判断。
电磁场具有能量和动量,它能够传递电磁力,对处于其中的带电粒子产生作用。
电磁场的性质和行为可以用麦克斯韦方程组来描述,这是一组非常重要的数学方程,它们统一了电学和磁学的现象。
二、电磁波的产生既然电磁场是由带电粒子的运动产生的,那么电磁波又是如何产生的呢?当一个带电粒子加速运动时,它周围的电磁场就会发生变化。
这种变化的电磁场会以波的形式向周围空间传播,这就是电磁波。
举个例子,一个电子在天线中来回振动,就会产生变化的电流。
这个变化的电流会导致周围的电磁场不断变化,从而产生电磁波并向外辐射。
电磁波的频率取决于带电粒子振动的频率。
电磁波的产生需要一个源,比如天线、振荡器等。
这些源能够提供能量,使得电磁场不断变化从而产生电磁波。
同时,电磁波的产生还需要一个传播介质,在真空中电磁波同样可以传播,这是因为真空中存在着电磁场的相互作用。
三、电磁波的特性电磁波具有许多独特的特性,这些特性使得它在现代科技中有着广泛的应用。
首先,电磁波是横波,这意味着它的电场和磁场的振动方向与波的传播方向垂直。
电磁波的电场和磁场在空间和时间上相互垂直,并且它们的振幅和相位之间存在着一定的关系。
其次,电磁波的传播速度是恒定的,在真空中,电磁波的传播速度约为 3×10^8 米/秒,这个速度通常被称为光速。
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标 量:实数域内任一代数量。(-∞~+∞)
矢 量:三维空间内既有大小又有方向特性的量,称矢量,记为 A, A 为 A 的模的大小。线段表示模 A,箭头是 A的方向。
A
具有物理涵义的矢量:被赋予“物理单位”,含两个物理量,模与方 向。
单位矢量:表示矢量的方向 a A / A A / A , A Aa , A0,
学习时抓概念,掌握公式、定理,灵活运用,独立完成习 题;注意总结与归纳。做课堂笔记。
四、参考书
•电磁场理论基础 牛中奇著 电子工业出版社
•电磁场理论基础 陈 重著 北京理工大学
•电磁场与波
冯恩信著 西安交通大学
•电磁场与电磁波 郭辉萍著 西安电子科技大学
•电磁学专题研究 陈秉乾著 高教出版社
•电磁场与电磁波教学指导书 赵家升等著 高教出版社
前言
一、本课的意义: •重要的电类技术基础课,是从事电气、电子技术领域工作 的必备知识。 •电子科学的高速发展,通信传输速度不断增加,电力电子 设备增多,需要工程人员宽广的电磁理论知识。
二、电磁理论的发展过程: 2000多年以前开始了解,18世纪中叶以后逐渐形成理论。
① 1771-1773年卡文迪许(Henry Cavendish,1731- 1810年) 静电实验; 1785年库仑定律,随后欧姆、基尔霍夫定律,
4 2019/11/18 Jin Jie
前言
此时一直认为电与磁是独立的。
②1820年 奥斯特(Hans Christian Oersted,1777-1851年) 发现电流→磁力,使磁针偏转。
1825年 安培定律,揭示两电流之间相互作用。 毕奥-萨伐定律,揭示磁场与电流之间定量关系。
③1831年 法拉第发现电磁感应现象。重大进展,研究随时 间变化的电磁场。磁→电。
Fx r Fy r Fz r 为三个标量场。
• 场图:研究标量场和矢量场在空间逐点演变情况的直观方法。
1、等值面:标量场内标量值相等的点集合形成
r 常数c
图0.1.1 等值线
13 2019/11/18 Jin Jie
第一章 矢量分析
2、场线(力线):矢量场中一簇空间有向曲线。
场重要属性:占有空间。
• 静态场:与时间无关.
• 动态场或时变场:与空间和时间有关。
• 标量场:只需用标量函数描绘的场。例:T、t、、。
• 矢量场:需要物理矢量描绘的场。例:力场 F ,流速场 v 。
12 2019/11/18 Jin Jie
第一章 矢量分析
矢量场可以分解为三个分量场 F r exFx r eyFy r ezFz r 其中 r 为位置矢量 r xex yey zez,从坐标原点指向空间位置点 x, y, z,
8 2019/11/18 Jin Jie
第一章 矢量分析
标量场和矢量场 矢量与矢量场的不变特性 矢量的通量 散度 矢量的环流 旋度 标量场的梯度 亥姆霍兹定理 小结 本章结束
9 2019/11/18 Jin Jie
第一章 矢量分析
1.1 标量场和矢量场
物理量:任意代数量被赋予“物理单位”,具有物理意义,
无线电远距离传ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。 1894年 无线电报 1906年 无线电广播 1911年 导航 1916年 无线电话
6 2019/11/18 Jin Jie
前言
1921年 短波通信 1923年 传真 1929年 电视 1933年 微波通信 1935年 雷达 近代:无线电遥测、遥控、卫星通信、光纤通信、移动 通信等。
dr:力线切向微分矢量,
F r 方向为切向方向。
场线微分方程:
AxBx Ay By Az Bz
矢量的矢积 A B C AB sin c
Ax ex Ay ey Az ez Bx ex By ey Bz ez
ex ey ez
Ax Ay Az
Bx By Bz
ex ( Ay Bz Az By ) e y ( Az Bx Ax Bz ) ez ( Ax By Ay Bx )
矢量间的除法无意义
11 2019/11/18 Jin Jie
第一章 矢量分析
场:物理量数值的无穷集合表示一种场。例 温度场 T r,t 与空间 r 、时间 t 有关。
多媒体课件
天津大学电子信息工程学院
2019年11月18日
2 2019/11/18 Jin Jie
目录
前言 第一章 矢量分析 第二章 电磁场中的基本物理量和基本实验定律 第三章 静电场分析 第四章 静电场边值问题的解法 第五章 恒定磁场分析 第六章 时变电磁场 第七章 正旋平面电磁波 总复习
3 2019/11/18 Jin Jie
三、本课所学内容及特点
基本的电磁场定律,静态场的分析,时变电磁场,正弦平 面波。
电磁场与电磁波理论是体系完整的经典理论,内容丰富、 概念性强,涉及空间和时间多维空间上的矢量场,抽象而 灵活。
7 2019/11/18 Jin Jie
前言
需将物理概念和数学方法结合起来,培养形象思维、抽象 思维,以及分析问题、解决问题能力。
1864年 麦克斯韦方程组——完整的电磁理论体系。19世纪 人类文明史上的重大事件。迈入电的时代。
5 2019/11/18 Jin Jie
前言
1886年 西门子发明发电机。磁→电,转子、定子线 圈切割磁力线产生电流。
1876年 贝尔-电话 1879年 爱迪生-电灯 1888年 赫兹-电磁波实验 1898年 意大利的马克尼、俄国的波波夫分别实现了
其中 a 是任意取向的单位矢量。
10 2019/11/18 Jin Jie
矢量乘法:
第一章 矢量分析
矢量的标积 A B p AB cos
Ax ex Ay ey Az ez Bx ex By ey Bz ez