电磁场与电磁波论文

电磁场与电磁波系（部）名 称 电子系姓名班级学号课程名称王海和0911 通信工程09387150麦克斯韦定理的初步认识麦克斯韦电磁理论：Maxwell方程组是经典电磁理论之基础。每一式的物理意义如下：Pd V0 不但电荷能激发电场，而且变化的磁场也能激发电场；J E d I =-JJ d Sar磁场是无源场，磁感应线闭合，自由磁荷不存在；匕Bd S = 0第一式：第二式：第三式：静电场是有场源； . 、.1物D dS = Ji第四式：不但传导电流能激发磁场J H d l = JJ (j0vvD = E v r 0 v B =卩 p Hvr v0j E0+aDv+df而且变化的电场也能激发磁场。+移)d Sdr第二、第四式合之告知我们：变化的电场、磁场相互激发，可脱离场 源而独立存在，Maxwell由此预言了电磁波存在，1888年Hentz验证 了此预言。 Maxwell 方程组是解决宏观电磁现象的有力工具。麦克斯韦 方程组-微分形式vV - D = pe0 vV v aBVx E =-STvV-B = 0vvVx H = j0边界条件-磁介质界面上的边界条件：2A-4Bi巴vvv v v v v vB dS + B dS + B dS = 0B - dS 二 0上下侧B AS + (- B AS) + 0 二 02 n1nB 二 Bv2n v 1vn -( b - b)二 021克斯韦是电磁学的集大成者。他在电磁学中的地位和贡献相当于牛顿 在力学中的地位。AA在近代物理开创前，麦克斯韦和牛顿并称为物 理学的 2大巨人。乃至当今世界牛顿 麦克斯韦 和爱因斯坦仍然是世 界三大物理学家。AA当年的牛顿站在伽利略，第谷，开普勒的肩膀 上建立了完整的经典力学理论体系入同样麦克斯韦站在库仑、咼斯、 欧姆、安培、法拉第等前人肩膀上建立了完整的电磁理论体系。AA 他的理论揭示了光、电、磁现象的本质的统一性，完成了物理学的又 一次大综合。他的成果，奠定了现代的电力工业、电子工业和无线电 工业的基础。入A 斯韦在稳恒场理论的基础上，提出了涡旋电场和位移电流的概 念：A1.麦克斯韦提出的涡旋电场的概念，揭示出变化的磁场可以在 空间激发电场，并通过法拉第电磁感应定律得出了二者的关系，即入 上式表明，任何随时间而变化的磁场，都是和涡旋电场联系在一起的。A2.麦克斯韦提出的位移电流的概念，揭示出变化的电场可以在空间 激发磁场，并通过全电流概念的引入，得到了一般形式下的安培环路 定理在真空或介质中的表示形式，即入上式表明，任何随时间而变 化的电场，都是和磁场联系在一起的。入综合上述两点可知，变化 的电场和变化的磁场彼此不是孤立的，它们永远密切地联系在一起， 相互激发，组成一个统一的电磁场的整体。这就是麦克斯韦电磁场理 论的基本概念。入A在麦克斯韦电磁场理论中，自由电荷可激发电场，变化磁场也可 激发电场，则在一般情况下，空间任一点的电场强度应该表示为入 又由于，稳恒电流可激发磁场 ，变化电场也可激发磁场 ，则一般情 况下，空间任一点的磁感强度应该表示。因此 一般情况下，电磁场 的基本规律中，应该既包含稳恒电、磁场的规律，如方程组（1），也 包含变化电磁场的规律，根据麦克斯韦提出的涡旋电场和位移电流的 概念，变化的磁场可以在空间激发变化的涡旋电场，而变化的电场也 可以在空间激发变化的涡旋磁场。因此，电磁场可以在没有自由电荷 和传导电流的空间单独存在。变化电磁场的规律是：入1.电场的高斯定理 在没有自由电荷的空 间，由变化磁场激发的涡旋电场的电场线是一系列的闭合曲线。通过 场中任何封闭曲面的电位移通量等于零，故有：入2.电场的环路定理 由本节公式（2）已知，涡旋电场是非保守场，满足的环路定理是AA3. 磁场的高斯定理 变化的电场产生的磁场和传导电流产生的磁场相 同，都是涡旋状的场，磁感线是闭合线。因此，磁场的高斯定理仍适 用，即A4.磁场的安培环路定理由本节公式（3）已知，变化的电场 和它所激发的磁场满足的环路定理为入在变化电磁场的上述规律中，电场和磁场成为不可分割的一个整 体。 将两种电、磁场的规律合并在一起，就得到电磁场的基本规律 称之为麦克斯韦方程组，表示如下AAA上述四个方程式称为麦克斯 韦方程组的积分形式。AA将麦克斯韦方程组的积分形式用高等数学 中的方法可变换为微分形式。微分形式的方程组如下：上面四个方程 可逐一说明如下：在电磁场中任一点处入（1）电位移的散度 等于 该点处自由电荷的体密度 ；（2）电场强度的旋度 等于该点处磁感强 度变化率 的负值；（3）磁场强度的旋度 等于该点处传导电流密度 与 位移电流密度 的矢量和；（4）磁感强度的散度 处处等于零。入麦克 斯韦方程是宏观电磁场理论的基本方程，在具体应用这些方程时，还 要考虑到介质特性对电磁场的影响，入即入以及欧姆定律的微分形 式。入方程组的微分形式，通常称为麦克斯韦方程。在麦克斯韦方 程组中，电场和磁场已经成为一个不可分割的整体。该方程组系统而 完整地概括了电磁场的基本规律，并预言了电磁波的存在。入