電磁場(chǎng)與電磁波課程論文

1、電磁場(chǎng)與電磁波課程論文題目：麥克斯韋方程組的應(yīng)和意義作者：羅利英學(xué)號(hào)：222009315220007學(xué)院：電子信息工程學(xué)院班級(jí)：09級(jí)通信成績(jī)： 2011年12月26日 麥斯韋方程組的應(yīng)用及其意義222009315220007 羅利英 09級(jí)通信摘要：變化的磁場(chǎng)可以激發(fā)渦旋電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)可以激發(fā)渦旋磁場(chǎng)；電場(chǎng)和磁場(chǎng)不是彼此孤立的，它們相互聯(lián)系、相互激發(fā)組成一個(gè)統(tǒng)一的電磁場(chǎng)，電場(chǎng)和磁場(chǎng)已經(jīng)成為一個(gè)不可分割的整體。麥克斯韋方程組系統(tǒng)而完整地概括了電磁場(chǎng)的基本規(guī)律，并預(yù)言了電磁波的存在。進(jìn)一步將電場(chǎng)和磁場(chǎng)的所有規(guī)律綜合起來(lái)，建立了完整的電磁場(chǎng)理論體系，便求解各種宏觀電場(chǎng)問(wèn)題，完善了電磁理論，確立了

2、電荷，電流，電場(chǎng)與磁場(chǎng)之間的普遍聯(lián)系。關(guān)鍵字：麥克斯韋方程組；微分；積分；應(yīng)用；意義麥克斯韋是英國(guó)物理學(xué)家，在19世紀(jì)建立的描述電磁場(chǎng)的基本方程組。它含有四個(gè)方程，不僅分別描述了電場(chǎng)和磁場(chǎng)的行為，也描述了它們之間的關(guān)系。在其宏觀電磁理論的建立過(guò)程中提出了關(guān)于位移電流和有旋電場(chǎng)的假說(shuō)，建立了完整的電磁場(chǎng)理論體系，不僅科學(xué)地預(yù)言了電磁波的存在，而且揭示了光、電、磁現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系及統(tǒng)一性，完成了物理學(xué)的又一次大綜合。于1864年歸納總結(jié)出了麥克斯韋方程組，他的這一理論成果為現(xiàn)代無(wú)線電電子工業(yè)奠定了理論基礎(chǔ)，物理學(xué)的發(fā)展。（一）麥克斯韋方程組的積分形式如下：麥克斯韋第一方程：，其含義是磁場(chǎng)強(qiáng)度沿任意閉

3、合曲線的環(huán)量，等于穿過(guò)以該閉合曲線為周界的任意曲面的傳導(dǎo)電流與位移電流之和。麥克斯韋第二方程：，其含義是電場(chǎng)強(qiáng)度沿任意閉合曲線的環(huán)量，等于穿過(guò)以該閉合曲線為周界的任一曲面的磁通量變化率的負(fù)值。麥克斯韋第三方程：，其含義是穿過(guò)任意閉合曲面的磁感應(yīng)強(qiáng)度的通量恒為0。麥克斯韋第四方程：，其含義是穿過(guò)任意閉合曲面的電位移的通量等于該閉合曲面所包圍的自由電荷的代數(shù)和。（二）麥克斯韋方程組的微分形式如下：（1）、，表明傳導(dǎo)電流和變化的電場(chǎng)都能產(chǎn)生磁場(chǎng)。（2）、，表明變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)。（3）、，表明磁場(chǎng)是無(wú)源場(chǎng)，磁感線總是閉合曲線。（4）、，表明電荷產(chǎn)生電場(chǎng)?？臻g任一點(diǎn)若存在正電荷體密度，則改點(diǎn)發(fā)出電位移

4、線；若存在負(fù)電荷體密度，則電位移線匯聚于該點(diǎn)。（三）當(dāng)有媒質(zhì)存在時(shí)，麥克斯韋方程組的微分形式尚不夠完備，需要補(bǔ)充描述媒質(zhì)特性的方程，各向同性線性媒質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系為：，成為媒質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系，也稱電磁場(chǎng)的輔助方程。得到的麥克斯韋方程組的限定形式如下：（四）麥克斯韋方程組在解題中的應(yīng)用舉例：假設(shè)在無(wú)源的電介質(zhì)()若已知電場(chǎng)強(qiáng)度矢，式中的e0為振幅、為角頻率、k為相位常數(shù)。試確定k與 之間所滿足的關(guān)系，并求出與相應(yīng)的其他場(chǎng)矢量。解：是電磁場(chǎng)的場(chǎng)矢量，應(yīng)滿足麥克斯韋方程組。因此，利用麥克斯韋方程組可以確定 k 與 之間所滿足的關(guān)系，以及與相應(yīng)的其他場(chǎng)矢量。對(duì)時(shí)間 t 積分，得以上各個(gè)場(chǎng)矢量都應(yīng)滿足麥克斯韋方

5、程，將以上得到的 h 和 d代入式麥克斯韋方程組的意義：由麥克斯韋方程組可以導(dǎo)出電荷守恒定律和導(dǎo)出波動(dòng)方程，麥克斯韋方程組的積分形式還用不同媒質(zhì)的分界面上，由此可導(dǎo)出電磁場(chǎng)矢量在不同媒質(zhì)分界面上的邊界條件。只要給定源分布，初始狀態(tài)及邊界條件，在理論上，麥克斯韋方程組就可以確定電磁場(chǎng)在以后任何時(shí)刻的狀態(tài)。最后，韋方程組還以導(dǎo)出電磁場(chǎng)的能量密度，定義電磁波傳播的能流密度。從能量守恒，電荷守恒定律或拉氏函數(shù)的規(guī)范不變性，變分原理等基本規(guī)律出發(fā)，麥克斯韋方程組的建立，加深了對(duì)麥克斯韋方組反映電磁現(xiàn)象普遍規(guī)律的認(rèn)識(shí)，同時(shí)說(shuō)明了麥克斯韋方程組與其它一些普遍規(guī)律的等價(jià)性。在平面電磁波的物理過(guò)程分析，其處理方法是見麥克斯韋方程組的積分形式應(yīng)用到無(wú)限大真空的空間，且認(rèn)為是無(wú)任何電荷與傳導(dǎo)電流的自由空間，而避開了需將此方程組寫成微積分形式后借助矢量分析這一工具來(lái)求解的數(shù)學(xué)困難。由麥克斯韋方程組導(dǎo)出變化電場(chǎng)和變化磁場(chǎng)互相激發(fā)與伴隨的過(guò)程，在普物教學(xué)中為避開數(shù)學(xué)困難而用圖象化方式進(jìn)行，有著啟迪思維和方法論上的意義?？偠灾?，麥克斯韋方程組是對(duì)電磁場(chǎng)宏觀實(shí)驗(yàn)規(guī)律的全面總結(jié)和概括，是經(jīng)典物理三大支柱之一。它揭示了電磁場(chǎng)的統(tǒng)一性和相對(duì)性，預(yù)言了電磁波的存在，還預(yù)言了光的電磁本性，電磁波的傳播速率，是經(jīng)典物理 近代物理橋梁。參考文獻(xiàn)：電磁場(chǎng)與電磁波 第4版 謝處方 饒克勤 編 高等教育出版