西南交通大学：《电磁场》课程教学资源（PPT课件）第四章 时变电磁场 Time-Varying Electromagnetic Field

第四章 时变电歇场 第四章时变电磁场 Time-Varying Electromagnetic Field 序 电磁感应定律和全电流定律 电磁场基本方程、分界面上的衔接条件 动态位及其积分解 坡印廷定理和坡印廷矢量 正弦电磁场 电磁辐射 辆 回下页

第 四 章 时变电磁场 Time-Varying Electromagnetic Field 第四章 时变电磁场 下 页 电磁感应定律和全电流定律 正弦电磁场 序 电磁辐射 电磁场基本方程、分界面上的衔接条件 动态位及其积分解 返 回 坡印廷定理和坡印廷矢量

第四章 时变电歇场 4.0序 Introduction 在时变场中,电场与磁场都是时间和空间坐标 的函数;变化的磁场会产生电场,变化的电场会产 生磁场,电场与磁场相互依存构成统一的电磁场。 英国科学家麦克斯韦将静态场、恒定场、时变 场的电磁基本特性用统一的麦克斯韦方程组高度概 括。麦克斯韦方程组是研究宏观电磁场现象的理论 基础。 「返回「上页「下页

第 四 章 时变电磁场 4.0 序 Introduction 在时变场中，电场与磁场都是时间和空间坐标 的函数；变化的磁场会产生电场，变化的电场会产 生磁场，电场与磁场相互依存构成统一的电磁场。 英国科学家麦克斯韦将静态场、恒定场、时变 场的电磁基本特性用统一的麦克斯韦方程组高度概 括。麦克斯韦方程组是研究宏观电磁场现象的理论 基础。 返 回 上 页 下 页

第四章 时变电歇场 时变场的知识结构框图: 高斯定律磁通连续性原理 电磁感应定律 全电流定律 Maxwe)程组 坡印廷定理与坡印廷矢量 动态位A,q 正弦电磁场 分界面上衔接条件 达朗贝尔方程 电磁辐射、传输线及波导 「返回「上页「下页

第 四 章 时变电磁场 时变场的知识结构框图： 返 回 上 页 下 页 高斯定律 磁通连续性原理 电磁感应定律 全电流定律 Maxwell方程组 坡印廷定理与坡印廷矢量 正弦电磁场 动态位A ,  分界面上衔接条件 达朗贝尔方程 电磁辐射、传输线及波导

第四章 时变电歇场 本章要求 ★深刻理解电磁场基本方程组的物理意义,其中 包括位移电流的概念; ★掌握动态位与场量的关系以及波动方程,理解 电磁场的滞后效应及波动性; ★掌握电磁波的产生和传播特性 「返回「上页「下页

第 四 章 时变电磁场 本 章 要 求 深刻理解电磁场基本方程组的物理意义，其中 包括位移电流的概念； 掌握动态位与场量的关系以及波动方程，理解 电磁场的滞后效应及波动性； 掌握电磁波的产生和传播特性。 返 回 上 页 下 页

第四章 时变电歇场 41电磁感应定律和全电流定律 Faraday's Law and Ampere's Circuital Law 4.1.1电磁感应定律( Faradays Law) 当与回路交链的磁通发生变化时,回路中会产生感 应电动势,这就是法拉弟电磁感应定律。 d 电磁感应定律:e B dt 负号表示感应电流产 生的磁场总是阻碍原磁场 e 的变化 图4.1.1感生电动势的参考方向 「返回「上页「下页

第 四 章 时变电磁场 4.1.1 电磁感应定律（Faraday’s Law） 当与回路交链的磁通发生变化时，回路中会产生感 应电动势，这就是法拉弟电磁感应定律。 电磁感应定律： t e d d = − 负号表示感应电流产 生的磁场总是阻碍原磁场 的变化。 Faraday’s Law and Ampere’s Circuital Law 4.1 电磁感应定律和全电流定律 图4.1.1 感生电动势的参考方向 返 回 上 页 下 页

第四章 时变电歇场 根据磁通变化的原因,e分为三类: 1.回路不变,磁场随时间变化 d aB .ds dt s at 又称为感生电动势,这是变压器工作的原理,亦称 为变压器电势 B 图4.1.2感生电动势 「返回「上页「下页

第 四 章 时变电磁场 1.回路不变，磁场随时间变化 S B d d d    = − = − t S t e  又称为感生电动势，这是变压器工作的原理，亦称 为变压器电势。 图4.1.2 感生电动势 根据磁通变化的原因， e 分为三类： 返 回 上 页 下 页

第四章 时变电歇场 2磁场不变,回路切割磁力线 dy dt =(×B)d1 称为动生电动势,这是发 电机工作原理,亦称为发 电机电势。 图4.1.3动生电动势 「返回「上页「下页

第 四 章 时变电磁场 2.磁场不变，回路切割磁力线 (ν B) dl d d = − =   l t e  称为动生电动势，这是发 电机工作原理，亦称为发 电机电势。 图4.1.3 动生电动势 返 回 上 页 下 页

第四章 时变电歇场 3磁场随时间变化,回路切割磁力线 d aB (v×B)d ds dt at 实验表明:只要与回路交链的磁通发生变化,回路中 就有感应电动势。e与构成回路的材料性质无关(甚 至可以是假想回路),当回路是导体时,有感应电流 产生。 乡 思考 电荷为什么会运动呢?即为什么产生感应电流呢? 「返回「上页「下页

第 四 章 时变电磁场 3.磁场随时间变化，回路切割磁力线 S B (ν B) dl d d d    = − =   −   t l S t e  实验表明：只要与回路交链的磁通发生变化，回路中 就有感应电动势。 与构成回路的材料性质无关（甚 至可以是假想回路），当回路是导体时，有感应电流 产生。 e 返 回 上 页 下 页 电荷为什么会运动呢？即为什么产生感应电流呢？ 思考

第四章 时变电歇场 41.2感应电场( Inducted electric field) 麦克斯韦假设,变化的磁场在其周围激发着一种 电场,该电场对电荷有作用力(产生感应电流),称 之为感应电场 B 在静止媒质中e=E:dl ar aB E1=(V×E),dS . dS E at aB V×E 图4.14变化的磁场产 at 生感应电场 感应电场是非保守场,电力线呈闭合曲线,变化 的磁场OB是产生E的涡旋源,故又称涡旋电场 at 「返回「上页「下页

第 四 章 时变电磁场 4.1.2 感应电场（Inducted Electric Field） 麦克斯韦假设，变化的磁场在其周围激发着一种 电场，该电场对电荷有作用力（产生感应电流），称 之为感应电场 。        =   = − S B E dl ( E ) dS d i i t l s t   = − B Ei 图4.1.4 变化的磁场产 生感应电场 在静止媒质中 E dl i =  l e 感应电场是非保守场，电力线呈闭合曲线，变化 的磁场 是产生 的涡旋源，故又称涡旋电场。 Ei t B 返 回 上 页 下 页

第四章 时变电歇场 若空间同时存在库仑电场, 即E=EC+E1,则有 aB V×E at 表明不仅电荷产生电场,变 化的磁场也能产生电场。 图4.1.5变化的磁场 生感应电场 思考 根据自然界的对偶关系,变化的电场是否会产生 磁场呢? 「返回「上页「下页

第 四 章 时变电磁场 图4.1.5 变化的磁场 产生感应电场 t   = − B E 若空间同时存在库仑电场, 即 E = EC + Ei , 则有 表明不仅电荷产生电场，变 化的磁场也能产生电场。 返 回 上 页 下 页 根据自然界的对偶关系，变化的电场是否会产生 磁场呢？ 思考