《天線與電波傳播》課件-8法拉第電磁感應(yīng)定律和麥克斯韋方程

天線與電波傳播AntennasandPropagation1天線與電波傳播第4章時(shí)變電磁場(chǎng)與電磁波2本章的主要內(nèi)容

麥克斯韋方程組法拉第電磁感應(yīng)定律與位移電流電磁波與坡印廷矢量時(shí)諧場(chǎng)的概念與復(fù)數(shù)表示重點(diǎn)重點(diǎn)難點(diǎn)3本次課的主要內(nèi)容

位移電流法拉第電磁感應(yīng)定律麥克斯韋方程組媒質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系重點(diǎn)理解理解理解4

電磁感應(yīng)定律負(fù)號(hào)：感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)總是阻止磁通量的變化，原磁場(chǎng)的變化。法拉第電磁感應(yīng)定律的表述：

當(dāng)回路交鏈的磁通量

發(fā)生變化時(shí)，回路中會(huì)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)5

引起磁通變化的原因分為三類(lèi)：第二類(lèi)：磁場(chǎng)B不變，回路S變；第三類(lèi)：磁場(chǎng)B和回路S都變

第一類(lèi):磁場(chǎng)B變，回路S不變；7微分形式回路不變，磁場(chǎng)隨時(shí)間變化磁通量的變化由磁場(chǎng)隨時(shí)間變化引起，因此有稱(chēng)為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這是變壓器工作的原理，又稱(chēng)變壓器電勢(shì)。麥克斯韋假設(shè)，變化的磁場(chǎng)在其周?chē)ぐl(fā)這樣一種場(chǎng)，該場(chǎng)對(duì)電荷有作用力（產(chǎn)生感應(yīng)電流），稱(chēng)之為感應(yīng)電場(chǎng)。變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)10

感應(yīng)電場(chǎng)是由變化的磁場(chǎng)所激發(fā)的電場(chǎng)。

感應(yīng)電場(chǎng)是有旋場(chǎng)。

感應(yīng)電場(chǎng)不僅存在于導(dǎo)體回路中，也存在于導(dǎo)體回路之外的空間。對(duì)空間中的任意回路（不一定是導(dǎo)體回路）C，都有

對(duì)感應(yīng)電場(chǎng)的討論：

若空間同時(shí)存在自由電荷產(chǎn)生的電場(chǎng),則總電場(chǎng)應(yīng)為與之和，即。由于，故有推廣的法拉第電磁感應(yīng)定律1112

全電流定律而由

時(shí)變情況下，電荷分布隨時(shí)間變化，由電流連續(xù)性方程有

發(fā)生矛盾在時(shí)變的情況下不適用

解決辦法：對(duì)安培環(huán)路定理進(jìn)行修正由矢量恒等式矛盾解決

時(shí)變電場(chǎng)會(huì)激發(fā)磁場(chǎng)全電流定律：——

微分形式——

積分形式

全電流定律揭示不僅傳導(dǎo)電流激發(fā)磁場(chǎng)，變化的電場(chǎng)也可以激發(fā)磁場(chǎng)。它與變化的磁場(chǎng)激發(fā)電場(chǎng)形成自然界的一個(gè)對(duì)偶關(guān)系。13位移電流密度由于，故電場(chǎng)變化形成位移電流麥克斯韋的位移電流假說(shuō)15電位移矢量隨時(shí)間的變化率，能像電流一樣產(chǎn)生磁場(chǎng)，故稱(chēng)“位移電流”。注：在絕緣介質(zhì)中，無(wú)傳導(dǎo)電流，但有位移電流。在理想導(dǎo)體中，無(wú)位移電流，但有傳導(dǎo)電流。在一般介質(zhì)中，既有傳導(dǎo)電流，又有位移電流。位移電流的引入是建立麥克斯韋方程組的至關(guān)重要的一步，它揭示了時(shí)變電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)這一重要的物理概念。位移電流:不存在實(shí)物遷移，無(wú)熱效應(yīng)傳導(dǎo)電流:必然伴有電荷的運(yùn)動(dòng)變化的電場(chǎng)可以激發(fā)磁場(chǎng)變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在17麥克斯韋方程組全電流定律：麥克斯韋第一方程，表明傳導(dǎo)電流和變化的電場(chǎng)都能產(chǎn)生磁場(chǎng)電磁感應(yīng)定律：麥克斯韋第二方程，表明變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)磁通的連續(xù)性原理：麥克斯韋第三方程表明磁場(chǎng)是無(wú)源場(chǎng)，磁感線總是閉合曲線高斯定理：麥克斯韋第四方程，表明電荷以發(fā)散方式產(chǎn)生電場(chǎng)（變化的磁場(chǎng)以渦旋的形式產(chǎn)生電場(chǎng)）第一、二方程是獨(dú)立的，后面兩個(gè)方程從中推得20

媒質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系

代入麥克斯韋方程組中，有限定形式的麥克斯韋方程（均勻媒質(zhì)）各向同性線性媒質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系為時(shí)變電場(chǎng)的激發(fā)源除了電荷以外，還有變化的磁場(chǎng)；而時(shí)變磁場(chǎng)的激發(fā)源除了傳導(dǎo)電流以外，還有變化的電場(chǎng)。電場(chǎng)和磁場(chǎng)互為激發(fā)源，相互激發(fā)。時(shí)變電磁場(chǎng)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)不再相互獨(dú)立，而是相互關(guān)聯(lián)，構(gòu)成一個(gè)整體——

電磁場(chǎng)。電場(chǎng)和磁場(chǎng)分別是電磁場(chǎng)的兩個(gè)分量。在離開(kāi)輻射源（如天線）的無(wú)源空間中，電荷密度和電流密度矢量為零，電場(chǎng)和磁場(chǎng)仍然可以相互激發(fā)，從而在空間形成電磁振蕩并傳播，這就是電磁波。21靜電場(chǎng)和恒定磁場(chǎng)是時(shí)變場(chǎng)的兩種特殊形式在無(wú)源空間中，兩個(gè)旋度方程分別為

可以看到兩個(gè)方程的右邊相差一個(gè)負(fù)號(hào)，而正是這個(gè)負(fù)號(hào)使得電場(chǎng)和磁場(chǎng)構(gòu)成一個(gè)相互激勵(lì)又相互制約的關(guān)系。當(dāng)磁場(chǎng)減小時(shí)，電場(chǎng)的旋渦源為正，電場(chǎng)將增大；而當(dāng)電場(chǎng)增大時(shí)，使磁場(chǎng)增大，磁場(chǎng)增大反過(guò)來(lái)又使電場(chǎng)減小。221．理解法拉第電磁感應(yīng)定律；2．理解位移電流的物理含義及引入的意義；3．理解麥克斯韋方程組的積分、微分形式；4．理解麥克斯韋方程組對(duì)應(yīng)的物理含義。23小結(jié)

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麥克斯韋方程組的積分形式25麥克斯韋方程組的微分形式麥克斯韋第一方程，表明傳導(dǎo)電流和變化的電場(chǎng)都能產(chǎn)生