《电磁场》课程教学课件（PPT讲稿，电磁场与电磁波）第四章 时变电磁场 Time-Varying Electromagnetic Field

第四章时变电磁场第四章时变电磁场Time-VaryingElectromagnetic 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韩电磁辐射返回页下

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，目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。上返回页下页

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

第四章时变电磁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Maxwell方程组坡印廷定理与坡印廷矢量动态位A，正弦电磁场达朗贝尔方程分界面上衔接条件电磁辐射、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

第四章时变电磁场4.1电磁感应定律和全电流定律Faraday's Law andAmpere's Circuital Law4.1.1电磁感应定律(Faraday'sLaw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：8=Bdt负号表示感应电流产e,i生的磁场总是阻碍原磁场的变化。图4.1.1感生电动势的参考方返回上页下页

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： d dt   = − 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

第四章时交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。上页返回下页

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

第四章时变电磁场分为三类：根据磁通变化的原因，1.回路不变，磁场随时间变化aBddsdtat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。i(t)ur-图4.1.2感生电动势返回上页页下

第 四 章 时变电磁场 1.回路不变，磁场随时间变化 d d d S t t    = − = −    B S 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，  分为三类： 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dy(vx B) dlR二dt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

第四章时变电磁场3.磁场随时间变化，回路切割磁力线aBdd.dsΦ(vxB)·dl -dtS at回路中实验表明：只要与回路交链的磁通发生变化，「 (甚就有感应电动势。8与构成回路的材料性质无关至可以是假想回路），当回路是导体时，有感应电流产生。上返回页下页

第 四 章 时变电磁场 3.磁场随时间变化，回路切割磁力线 d ( ) d d d l S t t    = − =   −     B ν B l S 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。  返 回 上 页 下 页

第四章时变电磁场4.1.2感应电场InductedElectricField)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=,E, -daBat,E, ·dl = [(V×E,)·dsaBE.dS +Φ,(vx B) dlataBV×E,=-V×(v×B)十图4.1.4变化的磁场at产生感应电场aBxE,=-at在静止媒质中电力线呈闭合曲线感应电场是非保守场，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 。 i i d ( ) d d ( ) d l s l t  =     = −  +        E l E S B S ν B l i ( ) v t   = − +    B E B 图4.1.4 变化的磁场 产生感应电场 在静止媒质中 i d l  =   E l 感应电场是非保守场，电力线呈闭合曲线返 回 上 页 下 页 i t   = −  B E

第四章时变电磁场若空间同时存在库仑电场即E=Ec+刚有f,E .dl =Φ(E,+E)dl =f,E, dl设闭合回路相对于媒质静止，aBVxE=dl表明不仅电荷产生电场，变图4.1.5变化的磁场化的磁场也能产生电场。产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？返回上页页下

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 则有 , E = EC + Ei 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 i d ( ) d d c l l l  +   E    E l = E l = E l i 设闭合回路相对于媒质静止