5 时变电磁场

5.1 麦克斯韦方程组

5.1.1 麦克斯韦第一方程

 

5.1.2 麦克斯韦第二方程

 

5.1.3 麦克斯韦第三方程

 

5.1.4 麦克斯韦第四方程

 

5.1.5 麦克斯韦方程组

{lHdl=S(J+Dt)dS,lEdl=tSBdS,SDdS=Q,SBdS=0,{×H=J+Dt,×E=Bt,D=ρ,B=0.

 

5.1.6 媒质的本构方程

{D=ε0E+P=εE,B=μ0(H+M)=μH,J=σE.

 

5.2 时变电磁场的边界条件

5.2.1 法向场的边界条件

 

5.2.2 切向场的边界条件

 

5.2.3 边界条件公式总结

{en×(E1E2)=0,en×(H1H2)=Js,en(D1D2)=ρs,en(B1B2)=0.{en×(E1E2)=0,en×(H1H2)=0,en(D1D2)=0,en(B1B2)=0.{en×E1=0,en×H1=Js,enH1=ρs,enB1=0.

备注 理想介质 σ=0,理想导体 σ=.

 

5.3 坡应廷定理

5.3.1 能量密度与损耗功率

 

5.3.2 坡应廷定理物理含义

 

5.3.3 坡应廷矢量的瞬时值

 

5.4 时谐电磁场与复数形式

5.4.1 时谐电磁场的复数形式

任意时变场可分解为正弦时间函数表示的时谐场.

 

5.4.2 麦克斯方程组复数形式

{lH˙mdl˙m=SJ˙mdS˙m+jωSD˙mdS˙m,lE˙mdl˙m=jωSB˙mdS˙m,SD˙mdS˙m=Vρ˙mdV,SB˙mdS˙m=0.{×H˙m=J˙m+jωD˙m,×E˙m=jωB˙m,D˙m=ρ˙m,B˙m=0.

电流连续性方程为

SJ˙mdS˙m+jωQ˙m=0,J˙m+jωρ˙m=0.

备注

 

5.4.3 能量密度的复数表示法

 

5.4.4 坡应廷定理的复数形式

 

5.4.5 复坡应廷矢量物理含义

 

5.4.6 各种形式的记号的总结

E(r,t)=Ex(r,t)ax+Ey(r,t)ay+Ez(r,t)az,E(r,t)=Ex(r,t)2+Ey(r,t)2+Ez(r,t)2,Ex(r,t)=Exm(r)cos(ωt+ϕ(r))ax,Ex(r,t)=Exm(r)cos(ωt+ϕ(r)),E(r,t)=Em(r)cos(ωt+ϕ(r)),Em(r)=Exm(r)ax+Eym(r)ay+Ezm(r)az,E(r)=22Em(r),

 

5.5 波动方程

5.5.1 非齐次波动方程

2E=(E)×(×E)=(Dε)+×(Bt)=ρε+μt×H=ρε+μJt+μ2Dt2=ρε+μJt+με2Et22H=(H)×(×H)=(Bμ)×(J+Dt)=×Jt×(εE)=×J+ε2Bt2=×J+με2Ht2

 

5.5.2 齐次波动方程

对于无源理想介质,J=J=0,σ=0,ε,μR

 

5.5.3 齐次亥姆霍兹方程

对于无源理想介质中的时谐场,有

 

5.6 时变场的标量位与矢量位

5.6.1 标量位与矢量位及其多值性

 

5.6.2 洛伦兹规范与达朗贝尔方程

2ϕ=(E)At=ρε+μεϕt2A=(A)×(×A)=(A)μJμεEt=(A+μεϕt)μJ+2At2=μJ+2At2

 

5.6.3 达朗贝尔方程解的形式

 

5.6.4 达朗贝尔方程复数形式

在时谐场中,