当前课程知识点:电磁场工程应用 > 第0章 场的概念 > 0.1 场与路 > 场与路
同学们好欢迎大家学习电磁场工程应用这一门课
这门课还有许多其他的称呼
例如电磁场与电磁波
工程电磁场
电磁场应用等等
我们在这里把它简称为电磁场
电磁场是从场的角度来研究电磁的基本规律
而我们学习过的电路是从路的角度来研究电磁的基本规律
也就是说
电路和电磁场的研究对象是一样的
但是他们的研究方法或许所研究的角度是不一样的
电路是从路的角度是一个宏观的角度
而电磁场是从场的角度来研究的
是一个微观的角度
那么路与场存在什么样的关系呢
这就是今天我们要跟大家一起学习的内容
首先来看场的概念
场在我们日常生活中无处不在
也无时不在
例如我们每天都生活在地球所产生的重力场中
除了重力场以外
我们周围还存在着温度场
各种电场和磁场等等电场和磁场在日常生活中非常的常见
例如
我们每天都使用着的手机
电脑
等等
电子产品都会产生电场和磁场
我们生活的地球也会产生场
例如指南针就是利用地球所产生的场而制成的
那么什么是场呢?场指的是空间
每一个点某物理量的值
也就是说
如果在某一个空间存在着一个物理量
那么这一个空间每一个点
该物理量的分布就构成一个场举一个例子
这是一座山
我们都知道
在这一座山的
不同的位置高度是不一样的
因此这一座山不同地点的高度分布就构成一个场
这个场称之为高度场
再看一个例子
这是某一个时刻某局域范围的温度的分布
在这一个区域的不同的地理位置
温度是不一样的
因此这个区域的不同
地理位置的温度分布就构成一个场
这个场称之为温度场
这里的高度场和温度场都随空间位置的不一样
场的值就不一样
因此场应该是空间位置的函数
同时
场还会是时间的函数
因此场同时是空间位置和时间的变化函数
以我们刚才所讲的温度场为例
温度场很显然是位置的函数
因为不同的空间位置温度是不一样的
同时它还是时间的函数
因为在不同的时刻
同一空间位置的温度是不一样的
如果我们用一个数学函数来表示这个场的话
这个场同时是时间t和空间坐标的函数
因此它是一个多维函数
第二点我们来看场的分类
根据不同的分类标准
场有不同的类型
第一种分类方法,按照描述场的物理量是不是随时间变化来进行分类
如果说这一个物理量的值不随时间的改变而改变
那么这一个场就叫稳恒场,也叫恒定场,或许说静态场
例如我们刚才所讲的这一个高度场
因为高度随时间变化非常的缓慢
所以可以把高度场看出稳态场
如果描述场的物理量随时间发生改变的话
那么这个场就叫时变场
或许说叫动态场。刚才我们所讲的温度场就是一个动态场
第二种分类的方法
它的物理量是不是随空间位置的改变而改变
如果物理量随空间位置不发生改变
也就是说空间每一个点的物理量的值都是相同的
以我们所处的地理位置为例
假设我们处在一个教室里头
如果教室里每一点的某一个物理量的值就是相同的
证明这一个物理量
在我们这个教室里面是均匀的
因此这一个场称之为均匀场
反过来就叫非均匀场
很显然
我们刚才所讲的温度场和高度场都是非均匀场
第三种分类的方法,按照描述场的物理量是标量还是矢量
可以把场分为标量场和矢量场
标量场指的是用标量来描述的厂
标量我们都知道只有大小没有方向
我们学过很多的标量
例如质量
长度
时间等等
因此用这一些变量来描述的场就是标量场
例如刚才我们讲的温度场
高度场等等
这些都是标量场
用矢量来描述的场就是矢量场
矢量指的是既有大小又有方向的物理量
我们也见过很多
比如位移、速度、
电场强度
磁场强度等等
这些都是矢量
用这样一些矢量来描述的场就叫矢量场
例如,用电场强度来描述的场是电场
此外
还有磁场等等
这一些都是矢量场
有了场的概念以后
我们来看场与物之间的关系
刚才我们已经讲过电路是从路的角度来描述的
电磁场是从场的角度来描述的
电路采用的物理量是电压和电流
我们都知道电压和电流都是标量
因此它只与时间有关
也就是说与空间位置是无关的
所以电路采用的数学工具就是
代数方程和常微分方程
或许说我们可以用
代数方程和常微分方程来描述电路
所以他的数学工具特别得简单
而电磁场研究的物理量是电场和磁场,电场和磁场都是矢量
它既是时间的函数也和空间位置有关
因此描述电磁场的数学工具就变成了偏微分方程和矢量代数
从这个数学工具
我们就可以看出来
电磁场比电路要难一些
同时
我们刚才还看到电路是从宏观的角度来描述的
因此它直观具体
特别容易理解
它适用的主要是直流和频率比较低的情况
而电磁场是从场的角度来描述,它是从微观的角度来描述
因此相对电路而言
它比路更加的精确和抽象
同时也比电路更加的普遍
它适用于一切宏观的电磁现象也就是说,路只是场的一种特殊的情况
那么什么情况下可以把场简化成路呢?
当满足一定的条件的时候
这一个条件
称之为似稳条件。似,近似。稳就是稳态。似稳条件的具体内容
我们留到后面的章节再来学习
总之
路和场是统一不可分割的
其中,场能适用于一切宏观的电磁现象
而路实际上只是场的一种特殊情况
具体都说了
也就是满足似稳条件
或许说在直流和频率比较低的情况下
场就可以简化成路
-0.1 场与路
--场与路
--场与路
-0.2 矢量的基本运算
--矢量的基本运算
--矢量的基本运算
-0.3 场的直观表示--场线
--场的直观表示
--场的直观表示
-0.4 标量场的方向导数和梯度
-0.5.1 矢量场的通量和散度
-0.5.2 矢量场的环量和旋度
-0.6 散度和旋度
--散度和旋度
--散度和旋度
-0.7 亥姆霍兹定理
--亥姆霍兹定理
--赫姆霍兹定理
-第0章 场的概念--第0章习题
-1.1静电场的源
--静电场的源
--静电场的源
-1.2电场强度
--电场强度
--电场强度
-1.3电位
--电位
--电位
-1.4电偶极子
--电偶极子
--电偶极子
-1.5静电场中的导体和电介质
-1.6高斯定理
--高斯定理
--高斯定理
-1.7静电场的基本方程
--静电场的基本方程
--静电场的基本方程
-1.8静电场分界面的衔接条件
-1.9静电场的边值问题及求解
-1.10镜像法
--镜像法
--镜像法
-1.11电轴法
--电轴法
--电轴法
-1.12地球的电容-电容及求解
-1.13静电力与静电能量
--静电力与静电能量
--静电力与静电能量
-1.14高电压技术中的电场问题
-第1章 静电场--第1章习题
-2.1鱼塘大量死鱼之谜-电流及电流密度
-2.2三大定律
--三大定律
--三大定律
-2.3电源电动势和局外场强
-2.4恒定电场的基本方程和边界条件
-2.5电流为什么弯曲?--恒定电场边界条件的应用
-2.6恒定电场的边值问题
-2.7恒定电场与静电场的比拟
-2.8恒定电场的工程应用:电导和部分电导
-2.9别墅起火之谜--绝缘电阻
-2.10奶牛被严重击伤,人却安全无恙?--跨步电压
-第2章 恒定电场--第2章习题
-3.1磁感应强度
--磁感应强度
--磁感应强度
-3.2磁场中的物质--磁化
-3.3安培环路定理
--安培环路定理
--安培环路定理
-3.4恒定磁场基本方程及分界面的衔接条件
-3.5.1矢量磁位及其边值问题
-3.5.2标量磁位及其边值问题
-3.6恒定磁场中的镜像法
-3.7.1自感和互感的概念
-3.7.2自感和互感的计算
-3.8恒定磁场的能量
--恒定磁场的能量
--恒定磁场的能量
-3.9.2虚位移法
--磁场力-虚位移法
--磁场力-虚位移法
-3.9.3法拉第观点
-3.10磁路
--磁路
--磁路
-第3章 恒定磁场--第3章习题
-4.1电磁感应定律
--电磁感应定律
--电磁感应定律
-4.2感应电场
--感应电场
-4.3全电流定律
--全电流定律
-4.4麦克斯韦方程组
--麦克斯韦方程
-4.5.1坡印廷定律和坡印廷矢量
-4.5.2坡印廷定理的应用
-4.6.1 动态位的引入
--动态位的引入
-4.6.2 动态位的积分解
--动态位的积分解
-4.7.1时谐电磁场及其复数表示
-4.7.2麦克斯韦方程的复数形式
-4.7.3复介电常数
-4.7.4坡印廷定理的复数形式
-4.7.5时谐场的坡印廷矢量
-4.7.6时变场计算实例
--时变场计算实例
--时变场计算实例
-第4章 时变电磁场--第4章习题
-5.1 均匀平面电磁波的概念
-5.2.1 无界理想介质中平面波的方程
-5.2.2 无界理想介质中的平面波传播特性
-5.3.1导电媒质中均匀平面波的方程
-5.3.2导电媒质中均匀平面波的传播特性
-5.3.3 4G手机能否用于煤矿的井上下通信?
--4G手机
-5.3.4潜艇通信困难?
--海水潜艇通信困难
-5.3.5良导体和良介质中均匀平面波的传播特性
-5.3.6趋肤效应
--趋肤效应
--趋肤效应
-5.3.7趋肤效应的工程应用2例
-5.4.1 电磁波的极化
--电磁波的极化
--电磁波的极化
-5.4.2 圆极化的旋向判断
--圆极化的旋向判断
--极化旋向判断
-5.4.3 极化的工程应用举例—立体电影
-第5章 均匀平面电磁波--第5章习题
-6.1.1平面电磁波对一般导电媒质的垂直入射
-6.1.2均匀电磁波对理想导体平面的垂直入射
-6.1.3均匀平面波对理想介质分界面的垂直入射
-6.1.4易拉罐增强WiFi信号?
--易拉罐增强WiFi信号?--理想导体平面对电磁波的全反射
--易拉罐增强WiFi信号?--理想导体平面对电磁波的全反射
-6.2.1平面波在理想介质分界面上的斜入射
-6.2.2雷达测距和雷达低空盲区
-6.2.3光纤的传输原理—电磁波在理想介质表面的全反射
-6.2.4电磁波在理想介质表面的全透射
-第6章 平面电磁波的反射和透射--第6章习题









