2014年西安交通大学《电磁场理论》ppt课件合集.pdf

前 言 电磁场理论的重要性 电动力学是理论物理四大力学之一 电磁过程是构成自然界各种纷繁复杂过程的基本过程之一 电磁场是物质世界的重要组成部分 电磁作用是自然界的基本相互作用之一 前 言 电磁场理论的重要性 电磁理论是微电子学的重要基础 前 言 电场和磁场 静止电荷产生的场表现为对于带电体有力的作用， 这种场称为电场。不随时间变化的电场称为静电场。 运动电荷或电流产生的场表现为对于磁铁和载流导 体有力的作用，这种物质称为磁场。不随时间变化的磁 场称为恒定磁场。 电磁波 如果电荷及电流均随时间改变，它们产生的电场 及磁场也是随时变化的，时变的电场与时变的磁场可 以相互转化，两者不可分割，它们构成统一的时变电 磁场。时变电场与时变磁场之间的相互转化作用，在 空间形成了电磁波。 静电场与恒定磁场相互无关、彼此独立，可以分 别进行研究。因此，本书先讨论静电场和恒定磁场， 然后再介绍时变电磁场。 物质属性 电磁场与电磁波是客观存在的一种物质，因为它 具有物质的两种重要属性：能量和质量。但是，电磁 场与电磁波的质量极其微小，因此，通常仅研究电磁 场与电磁波的能量特性。 电磁场与电磁波既然是一种物质，它的存在和传 播无需依赖于任何媒质(介质)。 对于电磁场与电磁波来说，真空环境通常被称为 “ 自由空间”。 场与介质 当空间存在介质时，在电磁场的作用下介质中会 发生极化与磁化现象，结果在介质中又产生二次电场 及磁场，从而改变了介质中原先的场分布，这就是场 与介质的相互作用现象。 先介绍真空中的电磁场，然后再讨论介质中的电 磁场。 场与源 电荷及电流是产生电磁场惟一的源。 引入磁荷及磁流的概念是十分有益的，但是， 它们仅是假想的。 研究场与源的关系是电磁理论的基本问题之一。 历史的回顾 公元前600年希腊人发现了摩擦后的琥珀能够吸引 微小物体；公元前300年我国发现了磁石吸铁的现象； 后来，人们发现了地球磁场的存在。1785年法国科学家 库仑（Coulomb,1736－1806）通过实验创建了著名的 库仑定律。1820年丹麦人奥斯特（Ørsted,1777－ 1851）发现了电流产生的磁场。同年法国科学家安培 （1775－1836）计算了两个电流之间的作用力。1831 年英国科学家法拉第（1791－1867）发现电磁感应现 象，创建了电磁感应定律，说明时变磁场可以产生时变 电场。 历史的回顾 时 代 发明/发现者 现 象 公元前600年 希腊人 摩擦后琥珀吸引微物体 公元前300年 中国人 磁石吸铁 1785年 法国库仑 电荷之间的作用力 (1736 －1806) 库仑定律 1785年 法国安培 电流之间的作用力 （1820年） (1775 －1836) 安培定律 1831年 英国法拉第 时变磁场产生时变电场 (1791 －1867) 电磁感应定律 重大突破 1873年英国科学家麦克斯韦 （1831 －1879 ）提出了 位移电流的假设，认为时变电场可以产生时变磁场，并 建立了严格的数学方程——麦克斯韦方程。 麦克斯韦预言电磁波的存在，后来在1887年被德国物 理学家赫兹 （18