看得懂的电磁场理论
第1章电磁场理论基础
定义：标量场是空间位置的函数，没有方向，只有大小
物理意义：标量场描述了空间中某物理量的分布情况，如温度、压力等
数学描述：标量场可以用一个或多个标量函数来表示，这些函数描述了空间中该 物理量的值
磁场波动行为
的数学模型
波动方程由麦 克斯韦方程组
推导而来
领域。
电磁兼容：电磁 场在电磁兼容领 域中用于研究设 备或系统之间的 相互干扰问题， 以确保电子设备
的正常运行。
电磁辐射防护： 电磁场在电磁辐 射防护领域中用 于研究如何减少 电磁辐射对人体 的危害，以保障
公众的健康。
输电线路：利用电磁场传输电能， 减少能量损失
电机：利用电磁场产生旋转或直线 运动
环保技术对电 磁场的影响
未来发展趋势 与展望
上
电场：电荷静止时产生的 电场
磁场：电流产生磁场
电磁感应：变化的磁场产 生电场
电磁波：电场和磁场交替 变化产生电磁波
定义：矢量场是由空间位置和方向的矢量构成的场 性质：矢量场具有方向性和大小，可以描述电磁场的强度和方向
运算：矢量场可以进行加、减、点乘、叉乘等运算，以描述不同位置的电磁场分布
梯度、散度和旋度：这三个概念可以用来描述矢量场的性质和行为，是电磁场理论中的重要概念
波动方程描述 了电磁场的振 幅、频率和传 播速度等参数
通过求解波动 方程，可以研 究电磁场的传 播、反射、折
射等现象
静电感应：电荷在电场中受到力的作用，使电荷发生移动 极化：电介质中的正负电荷发生相对位移，形成电偶极子 静电屏蔽：用金属屏蔽体将电荷隔离，防止外界电场对其影响 电致伸缩：电介质在电场中发生形变，产生机械能
磁场的定义和性质
磁场对电流和磁性物质的作用
电磁场理论与应用
电磁场理论与应用电磁场理论是物理学中的一个基础概念，它揭示了电荷和电流之间相互作用的规律，以及电磁波的传播性质。
电磁场理论有着广泛的应用，涉及到电子技术、通信、能源等诸多领域。
本文将探讨电磁场理论的基本原理以及其在实际应用中的重要性。
一、电磁场理论的基本原理1. 麦克斯韦方程组电磁场理论的基础是麦克斯韦方程组，它由麦克斯韦在19世纪提出。
麦克斯韦方程组包括四个方程，即麦克斯韦方程的积分形式和微分形式，分别描述了电场和磁场的产生和变化规律。
2. 电磁场相互作用根据麦克斯韦方程组，电荷和电流的变化会产生电磁场，而电磁场又会对电荷和电流产生作用力。
电场是由电荷引起的，而磁场则是由电流引起的。
电磁场的相互作用表现为电磁力的作用，它是自然界中一种普遍存在的力。
3. 电磁辐射根据麦克斯韦方程组的解，当电磁场发生变化时，会产生电磁辐射，即电磁波。
电磁波以光速传播，具有电场和磁场的振荡性质，可以在空间中传播。
电磁辐射被广泛应用于通信、遥感、医学等领域。
二、电磁场理论的应用1. 电子技术电磁场理论是电子技术的核心基础，它涉及到电子器件中的电磁场相互作用、信号传输、电磁干扰等问题。
例如，在微电子芯片中，电磁场理论被用于设计和分析电路中的信号传输线路，以确保信号的稳定传输和抗干扰能力。
2. 通信通信技术是电磁场理论的重要应用领域之一。
电磁波的传播性质决定了它可以用于远距离无线通信。
从无线电到移动通信，电磁波的利用为人们提供了便捷的通信手段。
电磁场理论被应用于无线信号传输、天线设计和信号处理等方面。
3. 能源电磁场理论在能源领域也有广泛的应用。
电磁场可以转换为电能，通过电力系统进行传输和分配。
例如，变压器是利用电磁感应原理将电能进行变换和传输的重要装置。
此外，电磁场理论也被用于太阳能、风能等可再生能源的利用和转化。
4. 医学影像医学影像技术是电磁场理论的另一个应用领域。
例如，核磁共振成像（MRI）利用强磁场和无线电波来获取人体内部的影像信息，实现无创检查和诊断。
《电磁场理论》课件
探索电磁场的奇妙世界。从电磁场的基本概念出发，深入了解麦克斯韦方程 组的原理，并探究电场和磁场的相互作用。
电磁场的基本概念
1 电磁场的定义
介绍电磁场的基本概念和特性，包括电场和磁场的形成和作用。
2 电磁场的方程
了解麦克斯韦方程组，掌握其含义并探索其丰富的物理意义。
3 场强和场线
电场和磁场的相互作用
洛伦兹力
探讨洛伦兹力的作用机制和应用，以及电磁场与带电粒子之间的相互作用。
电磁感应
解释电磁感应的原理和应用，研究磁场变化对电流和电动势的影响。
电磁波的产生和传播
电磁波的产生
深入了解电磁波的产生机制，探究电场和磁场的交 替在空间中的传播特性，包括传播速度、 衰减和反射等现象。
深入了解电磁感应在电动机、变压器等
电磁波的应用
2
设备中的应用原理和工作机制。
探索电磁波在通信、遥感和医学等领域
的广泛应用和前沿技术。
3
磁共振成像
介绍磁共振成像技术的原理和应用，探 究其在医学和科研领域的重要性。
总结和展望
总结电磁场理论的核心概念和主要内容，并展望未来电磁场理论的发展方向和前景。
解释电磁场强度的概念和场线的作用，以及如何分析和表示电磁场的分布情况。
麦克斯韦方程组的介绍
1
高斯定律
详细阐述高斯定律的原理和应用，探讨电场和磁场的产生和分布规律。
2
法拉第定律
深入理解法拉第定律，包括电磁感应的原理、电动势的产生和磁场变化的影响。
3
安培定律
解释安培定律的含义和应用，了解电流和磁场的相互作用及其影响。
电磁场的能量和动量
1 能量守恒定律
探究电磁场能量的来源和 转化，以及能量守恒定律 在电磁场中的应用。
第十一章 经典电磁场理论
第十一章 经典电磁场理论对电和磁的兴趣由来已久。
正式发表的关于电的第一条定量定律是库仑定律（ Coulomb ，1785）。
1820 年奥斯特（Oersted ，丹麦）发现通电的导线对磁针有作用力。
毕奥-萨伐尔确定了这个力正比于电流强度，反比于导线与磁极的距离。
与此同时安培（Amper è）把磁性归结为电流和电流的相互作用，提出安培定律。
但安培被自己提出的超距作用的分子电流假说所迷惑，没能够发现电磁感应现象。
这个对形成电磁场的概念致关重要的现象在1831年被法拉第（ Friday ）发现。
法拉第创建的力线和场的概念意味深长。
麦克斯威（Maxwell ，1865）在此基础上建立了电磁场的完整理论——麦克斯威方程。
我们将以静电磁场的知识为基础，在洛伦兹对称性和规范对称性的指引下虚拟一个麦克斯威方程的发现过程。
把四维矢势作为基本自由度，构造电磁场的拉格朗日量并给出有普遍意义的联系连续对称性与守恒量的奈特(Noether)定理。
11.1 场方程让我们把上一章静电磁场的公式归纳一下：)(1)(02x x c cρεϕ-=∇ （11.1） a a a j A A 02)(μ-=⋅∇∇-∇ （11.2） 下标c 和a 强调该量与静止电荷和稳恒电流相联系。
上述公式仅当电磁场不随时间变化时成立，0=∂∂t c ϕ ， 0=∂∂tA a （11.3） 随时间变化的电磁场满足什么样的方程呢？相对论的协变性可以引导我们猜出正确的结果。
回忆第八章由电荷守恒得到的连续性方程（8.36）式041=∂∑=μμμj （11.4） 其中四维矢量算符 μμx ∂∂=∂ （11.5） 而四维位移矢量定义为 ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=ict z y x x x x x x 4321 （11.6） 在（11.4）式中定义了⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=ρic j j j j j j j j z y x 4321 （11.7） 连续性方程的协变性要求上式定义的j 是一个四维反变矢量，称为四维电流密度矢量。
光的电磁理论基础知识点总结
电磁理论基础知识点总结1. 电磁场基本概念电磁场是指电荷和电流周围的空间中存在的一种物理场。
它由电场和磁场组成。
电场是由电荷产生的，以电荷为源的电场遵循库仑定律，其力的方向与电荷的性质有关。
磁场是由电流产生的，以电流为源的磁场遵循安培定律，其力的方向与电流的方向有关。
2. 电场基本概念电场是由电荷引起的物理场。
在一个电场中，对于一个电荷，该电荷所受到的力与电场的强度和电荷本身的性质有关。
电场强度（E）描述了电场的强弱，单位为伏/米（V/m）。
在电场中，正电荷和负电荷具有不同的电势能，电势能与电场强度和电荷的位置有关。
电势（V）描述了电场中的电势能，单位为伏特（V）。
3. 磁场基本概念磁场是由电流引起的物理场。
在一个磁场中，对于一个电流，该电流所受到的力与磁场的强度和电流本身的性质有关。
磁感应强度（B）描述了磁场的强弱，单位为特斯拉（T）。
在磁场中，电流所受到的力与磁感应强度、电流的方向和长度有关。
磁感应强度也可以描述为单位长度上的磁场强度。
磁感应强度的方向由右手定则确定。
4. 麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组是描述电磁场的基本方程。
它由四个方程组成：高斯定律（电场）、高斯定律（磁场）、法拉第电磁感应定律和安培环路定理。
通过这四个方程，可以描述电磁场的分布和相互作用。
5. 电磁波电磁波是由电场和磁场相互作用而产生的一种能量传播形式。
根据频率的不同，电磁波可以分为不同的种类，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。
电磁波的传播速度为光速，即299,792,458米/秒。
6. 电磁辐射电磁辐射是指电磁场在空间中传播的过程。
电磁辐射可分为两种类型：自发辐射和感应辐射。
自发辐射是物质在一个激发能源的作用下产生的辐射。
感应辐射是一个变化的电磁场诱导出的辐射。
电磁辐射具有一定的频率和波长，可以通过调节频率和波长来产生不同种类的辐射。
7. 电磁频谱电磁频谱是描述不同类型电磁波的频率和波长范围的分布图。
第2章电磁场的基本理论5解读
例2.16 如图所示，环行铁芯螺线管的半径a远小于环半径R，环上均匀密 绕N 匝线圈，通过电流为I，铁芯磁导率为，计算环中的B、磁通、磁链 和自感L。如果在环上开一个小的切口，长度为l，匝数、电流如前，假设 铁芯的也不变，再计算环中和空气隙的B和H。
解：aR，铁芯截面的场看作均匀场，由安培定律有
可知：每个电流元产生的矢量磁位dA 与此电流元Idl，JsdS，Jd具有相 同的方向，这是引入矢量磁位的优点之一。 4、矢量磁位的优点： （1）A 的积分公式比B 的容易：一个分量的场源变量只产生与它方向 相同的矢量位分量，却产生三个分量的磁场B ； （2）A 的微分方程比B 的容易： A 的微分方程可以转化为标量方程； （3）可以由矢量磁位A计算磁通量
H dl H 2R NI
C
NI NI H , B 2R 2R 2 NIa Φ B a 2 2R N 2 Ia 2 Ψ NΦ 2R Ψ N 2 a 2 L I 2R
当在环上开一个小的切口时，据边界条件B1n=B2n，有
H dl H 2R t H
b:
2H 3 J 0 b 2 a 2 H 3 e H 3
J0 2 0 J 0 2 2 2 e b a , B3 0 H 3 e b a 2 2
5、边界条件 B的边界条件
en B1 B2 0 或 B1n B2n
二、矢量磁位 1、矢量磁位的引入
B 0, A 0 B A
A ——恒定磁场的矢量磁位，单位 Tm（特[斯拉] 米）或Wb/m （韦伯/米）。它是一个无物理意义的辅助矢量。 若要唯一确定A，还需知道A的散度方程。在恒定磁场条件下一般 总是规定A的散度为零，即： ——库仑规范 A 0 2、矢量磁位的方程
五、麦克斯韦电磁场理论
五、麦克斯韦电磁场理论19世纪时期，人类对电磁现象的认识取得了很大的进展，关于电磁现象的三个最基本的实验定律：库仑定律、毕奥-萨伐尔定律和法拉第定律已被总结出来，法拉第的“电力线”和“磁力线”概念已发展成“电磁场概念”。
1855年至1865年，麦克斯韦在全面地审视了三大定律的基础上，把数学分析方法带进了电磁学的研究领域，创立了麦克斯韦电磁场理论。
麦克斯韦电磁场理论的核心思想是：变化的磁场可以激发涡旋电场，变化的电场可以激发涡旋磁场；电场和磁场不是彼此孤立的，它们相互联系、相互激发组成一个统一的电磁场。
麦克斯韦用数学方法概括了电场和磁场的所有规律，建立了完整的电磁场理论体系。
这一理论体系的核心就是麦克斯韦方程组。
[4]麦克斯韦方程组由四个微分方程构成：（1）∇·E=ρ/ε0，描述了电场的性质。
在一般情况下，电场可以是库仑电场，也可以是变化磁场激发的感应电场，而感应电场是涡旋场，它的电位移线是闭合的，对封闭曲面的通量无贡献。
（2）∇·B=0，描述了磁场的性质。
磁场可以由传导电流激发，也可以由变化电场的位移电流所激发，它们的磁场都是涡旋场，磁感应线都是闭合线，对封闭曲面的通量无贡献。
（3）∇×E=-∂B/∂t，描述了变化的磁场激发电场的规律。
（4）∇×B=μ0J+1/c2*∂E/∂t (c2=1/μ0ε0)，描述了变化的电场激发磁场的规律。
麦克斯韦方程都是用微积分表述的，涉及到的方程包括：（1）高斯定律：该定律描述电场与空间中电荷分布的关系。
电场线开始于正电荷，终止于负电荷。
计算穿过某给定闭曲面的电场线数量，即其电通量，可以得知包含在这闭曲面内的总电荷。
（2）高斯磁定律：该定律表明，磁单极子实际上并不存在。
所以没有孤立磁荷，磁场线没有初始点，也没有终止点。
磁场线会形成循环或延伸至无穷远。
以术语来说，通过任意闭曲面的磁通量等于零，或者，磁场是一个无源场。
（3）法拉第感应定律：该定律描述时变磁场怎样感应出电场。
电磁场理论优秀课件
麦克斯韦方程组描述了时变电磁场中时变电场与时变磁场相 互依存又相互制约，并以有限速度在空间传播，形成电磁波旳普 遍规律。此时，电磁场量旳鼓励与响应不是同步发生旳，场量旳 时间变量t与空间变量r有关。但在许多工程问题中，尤其在电气 设备、电力传播、生命科学等领域，时变电磁场旳频率教低，因 而在某些特定旳情况下，能够忽视二次源 B 或 D 旳作用，
例5-3 研究具有双层有损介质旳平板电容器接至直流电压 源旳过分过程，如图5-3所示。[书p.195例5-4]
解：设电容器在t≤0-时
处于零状态，极板上没有电
S
荷，即E1(0-)=E2(0-)=0,u(0-)
=0；t≥0+时，电容器旳端电 压被强制跃变，即u(0+)=U。
U
o
根据电容旳伏安关系
ε2 γ2 ε1 γ1
内外导体之间旳坡印亭矢量是
S E H •
•
•
••
U I
2 2 ln
b a
ez
同轴线传播旳平均功率应是坡印亭矢量在内外导体之间旳横截面
S上旳面积分，即
P
Re
S
••
U I
2 2 ln
b
a
dS
• ReUln
•
I
b a
b a
d
•
Re[U
•
I
]
P Re
••
U I
dS
• ReU
•
I
t
旳库仑电场Ec和感应电场Ei。在低频电磁场中，假如感应电场Ei
远不大于旳库仑电场Ec，则能够忽视Bt 现无旋性
旳作用，这时旳电场呈
E （E c E i） E c 0 （5-1）
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看得懂的电磁场理论
从初中甚至更小，我们就接触到了电路，把电压比作水源的高度，电流比做水流，表征电压与电流关系的电阻就是水管的大小。
从初中到大学毕业工作(排除专门学过电磁场，并且深入理解了的)，我们一直这幺理解的。
因为电路、电压、电流、电阻的概念就是对照现实中看得到的水路、水压、水流和水阻而来的，非常直观、形象，并且长期以来感觉没什幺问题，所以非常的深入人心。
电路理论的困境
电路理论首先碰到的问题是两根紧挨着的信号线，会相互干扰，这个引入了磁场理论比较好的解释了：存在交变的电流，就激励出交变的磁场变化，部分磁力线相互围绕了傍边的信号线，根据安培定律，互感相互影响，这个采用磁场理论可以说完美的解释了。
当然靠近的两根信号线不仅仅只有磁场的影响，电场也有影响，这个取决于电压与电流的比例关系。
电路理论碰到的第二个问题，当一个回路的导线无规则，比较乱，信号源信号无法完美的传递到终端上，高频失真，信号完整性受损，限制了高速信号传输。
而这个，电路理论解释不了，磁场理论也解释不了，需要第三种理论。
电路理论碰到第三个问题，无法解释天线?怎幺断路不相连的一段导线，可以辐射能量出去，而电路理论必须要有回路的，完全不可理解。