電磁場課件第一章電磁場的媒質(zhì)邊界條件

電磁場課件第一章電磁場的媒質(zhì)邊界條件第1頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月邊界條件問題的由來：實(shí)際問題所涉及的場域中往往會有幾種不同的介質(zhì)，在介質(zhì)邊界處場量會發(fā)生躍變，不再滿足麥克斯韋方程的微分形式，需要對邊界附近場量施以一定限制條件。什么是邊界條件：把兩種媒質(zhì)界面兩側(cè)電場或磁場的關(guān)系叫做媒質(zhì)分界面上的邊界條件。邊界條件如何求得：可以用積分形式的麥克斯韋方程導(dǎo)出。結(jié)果證明：時變場的邊界條件與靜態(tài)場的完全相同。第2頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月一、電磁場的邊界條件1.1電場的邊界條件1.2磁場的邊界條件1.3理想導(dǎo)體與介質(zhì)分界面上的邊界條件第3頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1電場強(qiáng)度的邊界條件1電場的通量和環(huán)量2積分環(huán)路和通量曲面的選擇第4頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第5頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)路圍面法向第6頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月3電場強(qiáng)度的關(guān)系兩種媒質(zhì)界面處電場強(qiáng)度的切向分量相等（無條件連續(xù)）

第7頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月4電通密度的關(guān)系兩種媒質(zhì)的界面處，電通量密度的法向分量有條件連續(xù)。當(dāng)媒質(zhì)界面上沒有自由電荷分布時，電通量密度的法向分量有條件連續(xù)。電場強(qiáng)度法向分量總是不連續(xù)的，除非兩種介質(zhì)的介電常數(shù)相等。第8頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月5電力線折射定律邊界處電力線不再連續(xù)變化，變化規(guī)律類似于光線的折射。第9頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月6兩種導(dǎo)電介質(zhì)恒流電場的邊界條件電場強(qiáng)度的切向連續(xù)變化，而法向量不連續(xù)變化。第10頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月7靜電場位函數(shù)的邊界條件絕緣不導(dǎo)電介質(zhì)導(dǎo)電介質(zhì)第11頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2磁場的邊界條件1磁場的環(huán)量和通量2積分環(huán)路和通量曲面的選擇第12頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第13頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月3磁場強(qiáng)度的關(guān)系在兩種媒質(zhì)界面處，磁場強(qiáng)度的切向分量是有條件連續(xù)的。第14頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月4磁通密度的關(guān)系在兩種媒質(zhì)的界面處，磁通密度矢量的法向分量無條件連續(xù)。第15頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月5磁力線折射定律邊界處磁力線（H線）不再連續(xù)變化，變化規(guī)律類似于光線的折射。第16頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3理想導(dǎo)體與介質(zhì)分界面上的邊界條件1均勻?qū)w內(nèi)部的電荷分布

均勻?qū)w內(nèi)的電荷密度是隨時間呈現(xiàn)指數(shù)衰減的，在一定時間以后，導(dǎo)電介質(zhì)中就不存在電荷，這個時間的長短用一個特征時間來描述。第17頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月2良導(dǎo)體的條件

電磁波在導(dǎo)電介質(zhì)中傳播時，只要滿足電磁波周期大于導(dǎo)電介質(zhì)的特征時間，則這種導(dǎo)電介質(zhì)對于這種電磁波來說是一種良導(dǎo)體。根據(jù)這個條件，在微波段一般的金屬導(dǎo)體都可以看成良導(dǎo)體。良導(dǎo)體內(nèi)部可以認(rèn)為不存在電荷分布。第18頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月3理想導(dǎo)體內(nèi)部的電磁場

理想導(dǎo)體內(nèi)部不存在電場，只要電場不為零，在電場的作用下就會有自由電荷分布，另外導(dǎo)體內(nèi)的電流密度會成為無窮大，這是不符合物理的。由麥克斯韋第二方程可得理想導(dǎo)體中的時變磁場也必為零。第19頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月4理想導(dǎo)體表面的邊界條件理想導(dǎo)體表面只能存在法向電場和切線磁場。第20頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第21頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月小結(jié)邊界條件邊界條件工程應(yīng)用

利用邊界條件能控制電磁場的分布和電磁波的傳播，從而實(shí)現(xiàn)電磁波的導(dǎo)行，尤且是導(dǎo)體表面邊界條件的應(yīng)用。第22頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月以理想導(dǎo)體為邊界的區(qū)域中，空間電磁場可以看成是源電荷、電流激發(fā)場與導(dǎo)體表面感應(yīng)電荷，電流激發(fā)場（散射場）的疊加。在一定條件下，散射場可以等效為位于導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)等效像電荷、電流