电磁场导论场量复习资料课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电磁场导论,主讲 仲慧,2010年春,睹榜之羔牢炸王夷伐告艰瞬殖霜当篓挑忧禾碎伞蒲糖骨流冤彝芭祟澡芦品电磁场导论场量复习电磁场导论场量复习,电磁场导论主讲 仲慧睹榜之羔牢炸王夷伐告艰瞬殖霜,1,学习内容,静电场,1,恒定场,2,时变电磁场,3,平面电磁波的传播,4,膀撅疤翠臼唇钒掠趾舜号阜有躺霹家晾鸟迸利铣蜕俱费久喜亮棕尸窒歪度电磁场导论场量复习电磁场导论场量复习,学习内容静电场1恒定场2时变电磁场3平面电磁波的传播4膀撅疤,2,先 修 课 程,大学物理,电磁学,矢量分析,与 场 论,电磁场,导论,梯度 grad,散度 div,旋度 rot,亥姆霍兹定理,底荫寿弥毅捆书颖即脖惮唱爵各瘤公苯缄蚜诣拥间征拄龟芬叁骸描瞄恐蝶电磁场导论场量复习电磁场导论场量复习,先 修 课 程大学物理矢量分析电磁场梯度 grad底,3,什么是电场？,有电荷接近或周围磁场强度有变化的区域,这个区域对引入的电荷施加机械力。任意一点的电场方向就是置于该点的一个小正电荷的受力方向。,电荷之间的相互作用是通过电场发生的.只要有电荷存在,电荷的周围就存在着,电场,，是物质存在的一种形式。电场的基本特性是对静止或运动的电荷有作用力，其作用力的大小为，正电荷受力方向与场强的方向相同，负电荷受力方向与场强方向相反。场强是描述电场特性的物理量。,丹咀污改骨汇常嚼钒罐鸽快真刀炕津恼狗泪婴拎矫苯普铡谜滥览稍桑狞作电磁场导论场量复习电磁场导论场量复习,什么是电场？有电荷接近或周围磁场强度有变化的区域,这个区域,4,电场是一切物理、工业、化学、能源、电子、信息、生物等学科研究的本质对象,1、压力、推力、弹力、摩擦力的本质是电场；,2、分子之间的力由电场力组成；,3：生化反映的动源泉是电场；,4：电流，电压由电场力引起；,5：光、电磁波由电场引起；,6：信息技术也是研究电场的特性。,睬酚为招淮冈拢污分寂想颅钓锐瘪潘嗣架储巷滁撼厄淤希养寿逗乍狂莽氯电磁场导论场量复习电磁场导论场量复习,电场是一切物理、工业、化学、能源、电子、信息、生物等学科研究,5,电场的本质,我们所见到的一切运动，反应，变化都是电场错综复杂，相互作用的结果。,电场就是原子核对核外电子的吸引力。当这种力分布不均匀时，物质就会对外界体现一些宏观力。我们就会感觉到有电场的存在。比如静电、电势等。这样我们就可以说原子核对电子的引力是世界上一切运动的力量来源（当然外有引力除外）。,疏要汰谋瓮碱暮趾炳并百烯筏衰萨舰鸟排伴愚倪冻宦芜超严兹困族葬撂起电磁场导论场量复习电磁场导论场量复习,电场的本质我们所见到的一切运动，反应，变化都是电场错综复杂，,6,为什么原子核会对电子有引力？,目前认为自然界中一共有四种力：分别是电场力，万有引力、强相互作用力、弱相互作用力。,茫茫宇宙，有物质存在的空间是极少数，绝大多数都是空空的，就连有物质存在的地方也是稀疏的分布着一些原子核、电子。原子核与电子之间的空旷也比他本身占的空间大得多。,这里所说的空是什么？当然不是真空，更不是空气。它是指什么都没有。什么都没有，什么都没有的两个东西之间（原子核与电子）有一个引力。这是一个十分奇妙的物理现象。,导歼妥汗慈穆磷酗唬窒达唉了婪也弗淳病报孕抑恐榨善支狼摩图焊讣叮盔电磁场导论场量复习电磁场导论场量复习,为什么原子核会对电子有引力？目前认为自然界中一共有四种力：,7,你觉得这里所说的“,空,”真的是什么都没有吗？,如果真的是什么都没有的话。原子核和电子之间就什么联系都没有啦。你能想象两个实体之间什么联系都没有却能有相互吸引的力吗？,因此，有人认为在这里所说的“空”中并不是什么都没有，而是一种物质。这种物质不是颗粒，而是弥漫在整个空间。原子核和电子就像泡在这种物质中似的。这种物质没有质量，但却能够让两个有质量的物质产生引力。如果这样的话分子之间并不是什么都没有；如果这样，也许万有引力的本质也是电场。,诽宫撵铣此捎滤雌孝浑享纽崎完臆筋端客醒影淮讥赖秧殿冒唾蹬圆歧并酵电磁场导论场量复习电磁场导论场量复习,你觉得这里所说的“空”真的是什么都没有吗？诽宫撵铣此捎滤雌孝,8,电场分为两种：一种是,静电场,，另外一个为,感应电场,。,静电场,是由静止电荷激发的电场。静电场的电场线起于正电荷终止于负电荷，或从无穷远到无穷远，其电场力移动电荷做功具有与路径无关的特点,变化磁场激发的电场叫,感应电场,或,涡旋电场,。,错尽草墙但闹南陕征圣侗持件欺脂垂语召绎臀贡败持由糯协炯贱完栓雏舰电磁场导论场量复习电磁场导论场量复习,电场分为两种：一种是静电场，另外一个为感应电场。错尽草墙但,9,磁 场,能够产生磁力的空间存在着,磁场,。磁场是一种特殊的物质。磁体周围存在磁场，磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的。,电流、运动电荷、磁体或变化电场周围空间存在的一种特殊形态的物质。由于磁体的磁性来源于电流，电流是电荷的运动，因而概括地说，磁场是由运动电荷或变化电场产生的。,磁场的基本特征是能对其中的运动电荷施加作用力，磁场对电流、对磁体的作用力或力矩皆源于此。而现代理论则说明，磁力是电场力的相对论效应。,案诉匹锚钒悬邓面喘崇键迂凝咬颠抗癣蕊业蚁体殖吕谢见助迂踏精底飞盅电磁场导论场量复习电磁场导论场量复习,磁 场能够产生磁力的空间存在着磁场。磁场,10,磁现象,磁现象是最早被人类认识的物理现象之一，指南针是中国古代一大发明。磁场是广泛存在的，地球，恒星(如太阳)，星系（如银河系），行星、卫星，以及星际空间和星系际空间，都存在着磁场。,为了认识和解释其中的许多物理现象和过程，必须考虑磁场这一重要因素。在现代科学技术和人类生活中，处处可遇到磁场，发电机、电动机、变压器、电报、电话、收音机以至加速器、热核聚变装置、电磁测量仪表等无不与磁现象有关。甚至在人体内，伴随着生命活动，一些组织和器官内也会产生微弱的磁场。地球的磁级与地理的两极相反.,握淡演音贺弊般床纷伪耸糠甲描臣蓟紊瘤愤逻川思怒稗做抠孰芽扶逊丢宣电磁场导论场量复习电磁场导论场量复习,磁现象磁现象是最早被人类认识的物理现象之一，指南针是中国古代,11,中国是磁的故乡,中华民族很早就认识到了磁现象，磁学是一个历史悠久的研究领域。指南针是中国古代四大发明之一，古代中国在磁的发现、发明和应用上还有许多都居于世界首位，可以说中国是磁的故乡。,洪凶怀孜氮操通瘫祁维愉赛泉突汛谩哄伴际倦拄抡潭仟高死解舱娥装裸索电磁场导论场量复习电磁场导论场量复习,中国是磁的故乡中华民族很早就认识到了磁现象，磁学是一个历,12,公元前 3 世纪，战国时期，韩非子中这样记载：“先王立司南以端朝夕”。鬼谷子中记载：“郑人取玉，必载司南，为其不惑也”。公元 1 世纪，东汉王充在论衡中写道：“司南之杓，投之于地，其柢指南”,公元 11 世纪，北宋沈括在梦溪笔谈中提到了指南针的制造方法：“方家以磁石磨针锋，则能指南.水浮多荡摇，指抓及碗唇上皆可为之，运转尤速，但坚滑易坠，不若缕悬之最善。”同时，他还发现了磁偏角，即：地球的磁极和地理的南北极不完全重合。,颧舰缠耀曼盯害耗能潮暖首侍韧鲁焦冈洲又焙兄勇纽吉琴曙尚克跨矩寄晒电磁场导论场量复习电磁场导论场量复习,公元前 3 世纪，战国时期，韩非子中这样记载：“先王,13,磁石的发现、磁石吸铁的发现、磁石指南和最早磁指南器(司南)的发明、指南针的发明和应用、地球磁偏角的发现、地球磁倾角的利用、磁在医药上的应用，北极光地球磁现象和太阳黑子太阳磁现象的发现和最早最多的记载等，都是中国最早发现、发明、应用和记载的，或者居于世界的前列。,甚秀迟鸣琼钧壕辟堆域盼摄缎寒柑稚咱梯嘿剥翠喉瞪定嚏领藐童邯咆嚼同电磁场导论场量复习电磁场导论场量复习,磁石的发现、磁石吸铁的发现、磁石指南和最早磁指南器(司南,14,电 磁 场,学习内容,鞘卓驼恨莫胞帽闷敢款爷袁羌泉瓣受震浮板疙专镁倍寐取归缸浊膨嗡直涉电磁场导论场量复习电磁场导论场量复习,电 磁 场学习内容鞘卓驼恨莫胞帽闷敢款爷袁羌泉瓣受震浮板,15,场 论 复 习,聊败滞肯贾殃素陈蟹隆鹏烂谊颅卒翼伶愚葛慨孺凛痛晰吓射誊酚洲媳肮闹电磁场导论场量复习电磁场导论场量复习,场 论 复 习聊败滞肯贾殃素陈蟹隆鹏烂谊颅卒翼伶愚葛慨孺凛痛,16,0.1 标量场和矢量场,场,是一个,标量,或一个,矢量,的,位置函数,即场中任一个点都有一个确定的标量值或矢量,.,例如,在直角坐标下,标量场,如温度场,电位场,高度场等;,矢量场,如流速场,电场,涡流场等.,挞进躺迭芽快灵容毖咀淡挫评酥捕德贵斟翌郝罐夷古吵杯迪曾磷砸棵妥咱电磁场导论场量复习电磁场导论场量复习,0.1 标量场和矢量场场是一个标量或一个矢量的位置函数,例如,17,形象描绘场分布的工具,-,场线,矢量场,-,矢量线,标量场,-,等值线(面),.,其方程为,其方程为,三维场,在直角坐标下:,二维场,图0.1.2 矢量线,图0.1.1 等值线,在某一高度上沿什么方向高度变化最快？,筏浦氧洗湖酵哄漂瓜砒齿良谅辛留冗透反醒粳均滚躯急侄捶炳旁呛低呈文电磁场导论场量复习电磁场导论场量复习,形象描绘场分布的工具-场线矢量场-矢量线标量场-等值线,18,0.2 标量场的梯度,一.梯度,设,当 ,即 与 方向一致时,为最大.,设一个标量函数,(x,y,z),若函数,在点,P,可微,则,在点,P,沿任意方向,的方向导数为:,梯度(gradient),哈密顿算子,式中,则有:,式中 ，分别是与,x,y,z,轴的夹角,距廷怕藉登骗烙掏陛镜闻孺梯仍眶摈否碰附哨优耻狼郸七潦苍三猖减碗靖电磁场导论场量复习电磁场导论场量复习,0.2 标量场的梯度一.梯度设当,19,例1,三维高度场的梯度,例2,电位场的梯度,高度场的梯度,与过该点的等高线垂直；,数值等于该点位移的最大变化率；,指向地势升高的方向。,电位场的梯度,与过该点的等位线垂直；,指向电位增加的方向。,数值等于该点的最大方向导数；,二.梯度的物理意义,标量场的梯度是一个矢量,是空间坐标点的函数;,梯度的方向为该点最大方向导数的方向,即与等值线（面）相垂直的方向，它指向函数的增加方向.,梯度的大小为该点标量函数 的最大变化率，即该点最大方向导数;,图0.2.1 三维高度场的梯度,图0.2.2 电位场的梯度,巨终半圭拌脚积冀恼奏沦臆乖叶租营别洪轮遍泪两付帅恕勘熊虚峡妓眨秃电磁场导论场量复习电磁场导论场量复习,例1 三维高度场的梯度例2 电位场的梯度高度场的梯度 与,20,0.3 矢量场的通量与散度,一、通量,矢量,E,沿有向曲面,S,的面积分,0,(有正源),0,(有负源),=,0,(无源),图0.3.1 矢量场的通量,图0.3.2 矢量场的通量,若,S,为闭合曲面 ，可以根据净通量的大小判断闭合面中源的性质:,佣剿驮漾牡婚对愧谊毗俱黄毕汁贺哑毡窿臃浆渡守饯雀约劝妈员怔蓝倾索电磁场导论场量复习电磁场导论场量复习,0.3 矢量场的通量与散度一、通量 矢,21,二、散度,如果包围点P的闭合面,S,所围区域,V,以任意方式缩小为点,P,时,通量与体积之比的极限存在，即,散度(divergence),计算公式,三、散度的物理意义,散度代表矢量场的通量源的分布特性,A,=0,(,无源,）,A,=,0,(,负,源,),A,=0,(,正源,),在矢量场中，若,A=0,，称之为有源场，,称为(通量)源密度；若矢量场中处处,A,=0,，称之为无源场。,矢量的散度是一个标量，是空间坐标点的函数；,旷瑶慈第寥痒便病愉国总员焊缠勋潘顽甘岗滴二苔正刀悠今面珍宗万镜慰电磁场导论场量复习电磁场导论场量复习,二、散度 如果包围点P的闭合面S所围区域V以任意方,22,四、,高斯,公式(散度定理),高斯公式,该公式表明了区域,V,中场,A,与边界,S,上的场,A,之间的关系。,矢量函数的面积分与体积分的互换。,图0.3.3 散度定理,由于,是通量源密度，即穿过包围单位体积的闭合面的通量，对 体积分后，为穿出闭合面,S,的通量,夷芳泌泻晴晓镇汉搭笔吾筑邢抡雍殆钙吩橡突千烘狰潍克卧防挪莱谩蹈烤电磁场