第一讲 电磁学的过去、现在与未来
第一讲 电磁学的过去、现在与未来
1、电磁学 入射波 0 HH ● Y P 导电壁
1、电磁学 入射波 导电壁 P
1、电磁学 ▣简单地说，电磁学是研究静止和运动电荷效应的学科。 ▣场是一个空间分布量，它可以是时间的函数，也可以不是。 ▣时变的电场伴随着磁场，反之亦然。换句话说，时变的电 场和磁场是耦合在一起的，从而形成电磁场。 ▣在某些条件下，时变电磁场产生波，从源辐射出去。在解 释相隔一段距离而发生的作用时，场与波的概念是根本性 的
1、电磁学 简单地说，电磁学是研究静止和运动电荷效应的学科。 场是一个空间分布量，它可以是时间的函数，也可以不是。 时变的电场伴随着磁场，反之亦然。换句话说，时变的电 场和磁场是耦合在一起的，从而形成电磁场。 在某些条件下，时变电磁场产生波，从源辐射出去。在解 释相隔一段距离而发生的作用时，场与波的概念是根本性 的
2、电磁模型 ▣根据理想化模型建立理论有三个基本步骤： 第一，定义一些与所研究的学科有关的基本量； 第二，规定这些量的数学运算规则； 第三，假设一些基本关系。这些假设的关系或公理，总 是基于在可控制条件下所得到的大量实验观测结果，由聪明 的人综合出来的。 ▣一个熟悉的例子是建立在由理想电源和纯电阻、纯电感及 纯电容所组成的电路模型之上的电路理论。 口用类似的办法，电磁理论也可以建立在适当选择的电磁模 型之上
根据理想化模型建立理论有三个基本步骤： 第一，定义一些与所研究的学科有关的基本量； 第二，规定这些量的数学运算规则； 第三，假设一些基本关系。这些假设的关系或公理，总 是基于在可控制条件下所得到的大量实验观测结果，由聪明 的人综合出来的。 一个熟悉的例子是建立在由理想电源和纯电阻、纯电感及 纯电容所组成的电路模型之上的电路理论。 用类似的办法，电磁理论也可以建立在适当选择的电磁模 型之上。 2、电磁模型
2、电磁模型 ▣定义体电荷密度作为一个源量如下： p=lim A4 (C/m) ar→0△V 口在某些物理情况中，电量△g可能存在于面元△s或者线元△l 上。此时，定义一个面电荷密度或者线电荷密度就更为适 宜： P lim :(C/m2) △S→0 P lim- (C/m) △1→0 △ ▣除了一些特殊情况之外，电荷密度在各点是不相同的。因 此，一般地说，都是空间坐标的点函数
定义体电荷密度作为一个源量如下： 2、电磁模型 3 0 lim ( / m ) V q C V → = 在某些物理情况中，电量Δq可能存在于面元Δs或者线元Δl 上。此时，定义一个面电荷密度或者线电荷密度就更为适 宜： 除了一些特殊情况之外，电荷密度在各点是不相同的。因 此，一般地说， 都是空间坐标的点函数。 2 0 0 lim ( / m ) lim ( / m) s S l l q C S q C l → → = =
2、电磁模型 ▣电流是电荷对时间的变化率，即 I= dq (C/s或A) dt 口其中I本身可能与时间有关。电流的单位是库仑每秒，即 安培。电流必须流过一定的面积（例如一根固定截面的导 线)。所以它不是一个点函数。在电磁学中，我们定义了 一个矢量点函数体电流密度（或简称电流密度）J，它表 示流过垂直于电流流动方向的单位面积的电流总量.，其大 小为每单位面积的电流（A2)，方向为电流流动的方向。 流过任意面积S的总电流就是J矢量通过S的通量
电流是电荷对时间的变化率，即 其中I 本身可能与时间有关。电流的单位是库仑每秒，即 安培。电流必须流过一定的面积（例如一根固定截面的导 线）。所以它不是一个点函数。在电磁学中，我们定义了 一个矢量点函数体电流密度（或简称电流密度）J ，它表 示流过垂直于电流流动方向的单位面积的电流总量.，其大 小为每单位面积的电流（A/m2），方向为电流流动的方向。 流过任意面积S的总电流I就是J矢量通过S的通量。 2、电磁模型 (C/ s A) dq I dt = 或
2、电磁模型 口电磁学中有四个矢量场量：电场强度E、电通密度 （或电 位移)D、磁通密度B和磁场强度H。 ◆电场强度E是讨论自由空间中静电学（静止电荷的效 应)时需要的唯一矢量，它的定义是作用在单位试验 电荷上的电作用力。 ◆电位移矢量D在研究媒质中的电场时有用。 ◆相似地，磁通密度B是讨论自由空间中静磁学（稳定 电流的效应)时需要的唯一矢量，它与以一定速度运 动的电荷所受的磁作用力有关。 ◆磁场强度矢量H在研究媒质中的磁场时有用
电磁学中有四个矢量场量：电场强度E、电通密度（或电 位移）D、磁通密度B 和磁场强度H。 ◆电场强度E 是讨论自由空间中静电学（静止电荷的效 应） 时需要的唯一矢量，它的定义是作用在单位试验 电荷上的电作用力。 ◆电位移矢量D 在研究媒质中的电场时有用。 ◆相似地，磁通密度B 是讨论自由空间中静磁学（稳定 电流的效应）时需要的唯一矢量，它与以一定速度运 动的电荷所受的磁作用力有关。 ◆磁场强度矢量H 在研究媒质中的磁场时有用。 2、电磁模型
2、电磁模型 ▣当与时间无关时（例如在静止、恒定或稳定情况下），电 场量E和D以及磁场量B和H构成两个独立的矢量对。 ▣ 在与时间有关的情况下，电场量和磁场量是耦合在一起的， 就是说，时变的E和D将产生B和H,反之亦然。 ▣所有四个量均为点函数，它们是在空间每个点上定义的， 一般是空间坐标的函数。物质（或媒质）的性质决定E与 D和B与H之间的关系。这些关系称为媒质的本构关系。 场量的符号和单位 场 量 符号 单 位 电场强度 E V/m 电的 电流密度（电位移） D C/m2 磁通密度 B T 磁 的 磁场强度 H A/m
2、电磁模型 当与时间无关时（例如在静止、恒定或稳定情况下），电 场量E 和D 以及磁场量B 和H 构成两个独立的矢量对。 在与时间有关的情况下，电场量和磁场量是耦合在一起的， 就是说，时变的E 和D 将产生B 和H，反之亦然。 所有四个量均为点函数，它们是在空间每个点上定义的， 一般是空间坐标的函数。物质（或媒质）的性质决定E 与 D 和B与H 之间的关系。这些关系称为媒质的本构关系。 场量的符号和单位 场 量 符 号 单 位 电 的 电 场 强 度 E V/m 电流密度（电位移） D C/m2 磁 的 磁 通 密 度 B T 磁 场 强 度 H A/m
2、电磁模型 ▣学习电磁学的主要目的，是根据电磁模型去理解相隔一段 距离的电荷之间和电流之间的相互作用。 ▣场与波 （与时间和空间有关的场)是这种模型中的概念性 基本量。 ▣一些基本假设将把E、D、B、H和源量联系起来，由此 推出的关系可以用来解释和预测电磁现象
学习电磁学的主要目的，是根据电磁模型去理解相隔一段 距离的电荷之间和电流之间的相互作用。 场与波（与时间和空间有关的场）是这种模型中的概念性 基本量。 一些基本假设将把E 、D、B 、H 和源量联系起来，由此 推出的关系可以用来解释和预测电磁现象。 2、电磁模型
3、国际单位制单位和通用常数 口为了实用，单位制应建立在一些大小合适的基本单位的基 础上。 ▣在力学中，所有的量都可以用三个基本单位（即长度、质 量和时间单位)表示出来。 口在电磁学著作中需要第四个基本单位（电流单位)。 ▣} 电磁学中所有其它单位，都是可以用m、kg、s和A表示 的导出单位
为了实用，单位制应建立在一些大小合适的基本单位的基 础上。 在力学中，所有的量都可以用三个基本单位（即长度、质 量和时间单位）表示出来。 在电磁学著作中需要第四个基本单位（电流单位）。 电磁学中所有其它单位，都是可以用m 、kg、s 和A 表示 的导出单位。 3、国际单位制单位和通用常数