电磁场边界条件
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电磁场边界条件
电磁场边界条件是指电磁场的变化情况在物体的表面上的变化情况,它决定了电磁场的变化特性。
它是电磁场的基本规律,在物理学中有着重要的地位。
它的主要内容有:无磁性介质的电磁场边界条件,有磁性介质的电磁场边界条件和电磁辐射的边界条件。
无磁性介质的电磁场边界条件由电场强度和磁场强度的法向分量构成;有磁性介质的电磁场边界条件由电场强度和磁场强度的法向分量以及介质的磁导率构成;电磁辐射的边界条件由电磁辐射的波功率流密度和波向分量构成。
电磁场边界条件的求解是物理学中最重要的问题之一。
电磁场的边界条件与电磁波的辐射和传播[摘要]:本文结合相关示意图简要总结了电磁场的边界条件,在参考大量相关文献的基础上,由边界条件出发分析了交变电磁场传播的原理,联系实际解释了电磁场的辐射和传播。
关键字:电磁场;电磁波;边界条件;辐射;传播。
一、电磁场的边界条件电磁场在两种不同媒质分界面上,从一侧过渡到另一侧时,场矢量E、D、B、H一般都有一个跃变。
电磁场的边界条件就是指场矢量的这种跃变所遵从的条件,也就是两侧切向分量之间以及法向分量之间的关系。
电磁场的边界条件可以由麦克斯韦方程组的积分形式推出,它实际上是积分形式的极限结果。
这些边界条件是:n·(D1-D2)=ρs; (1)n×(E1-E2)=0; (2)n·(B1-B2)=0; (3)n×(H1-H2)=J)s。
(4)式中n为两媒质分界面法线方向的单位矢量,场矢量E、D、B、H的下标1或2分别表示在媒质1或2内紧靠分界面的场矢量,ρ为分界面上的自由电荷面密度,J为分界面上的传导电流面密度。
式(1)表示在分界面两侧电位移矢量D的法向分量的差等于分界面上的自由电荷面密度。
当分界面上无自由电荷时,两侧电位移矢量的法向分量相等,即其法向分量是连续的。
式(2)表示在分界面两侧电场强度E的切向分量是连续的。
式(3)表示在分界面两侧磁通密度B的法向分量是连续的。
式(4)表示在分界面两侧磁场强度H的切向分量的差等于分界面上的表面传导电流面密度。
当分界面上无表面传导电流时,两侧磁场强度的切向分量相等,即其切向分量是连续的。
当媒质2为理想导体时,E2、D2、B2、H2等于零,式(1)表示D1的法向分量等于自由电荷面密度;式(2)表示E1无切向分量.式(3)表示B1的法向分量为零;式(4)表示H1的切向分量等于表面传导电流面密度,并且与电流方向正交。
二、电磁波的辐射和传播电磁波的产生与发射是通过天线来实现的。
由振荡电路产生的强大交变讯号通过互感耦合到天线上,天线就有交变电流产生,如下图所示。
电磁波的边界条件
电磁波的边界条件是指,在电磁场中,当遇到介质边界时,场量在两个介质之间需要满足一些特定的关系式,这些关系式被称为电磁波的边界条件。
具体来说,电磁波的边界条件包括以下三个方面: 1. 法向分量的连续性:在介质表面,电场和磁场的法向分量必须连续,即两侧介质中电场和磁场的法向分量相等。
2. 切向分量的连续性:在介质表面,电场和磁场的切向分量也必须连续,即两侧介质中电场和磁场的切向分量相等。
3. 边界上的电荷和电流密度关系:在介质表面,电场和磁场的边界上的电荷和电流密度必须满足一定的关系,这个关系式通常被称为麦克斯韦方程组的边界条件。
这些边界条件是描述电磁波传播过程中的基本规律,对于电磁学的研究和应用都非常重要。
时变电磁场的边界条件
1、在任何边界上电场强度的切向分量是连续的(条件:磁感应强度的变化率有限)
2、在任何边界上,磁感应强度的法向分量是连续的
3、电通密度的法向分量边界条件与媒质特性有关。
两种理想介质形成的边界上,电通密度的法向分量是连续的
4、磁场强度的切线分量边界条件也与媒质特性有关。
在一般边界上,磁场强度的切向分量是连续的(条件:电通密度的时间变化率有限)。
但在理想导电体表面上可以形成表面电流,此时磁场强度的切向分量是不连续的
5、理想导体内部不可能存在电场,否则将会导致无限大的电流;理想导体内部也不可能存在时变磁场,否则这种时变磁场在理想导体内部会产生时变电场。
在理想导体内部也不可能存在时变的传导电流,否则这种时变的传导电流在理想导体内部会产生时变磁场。
所以,在理想导电体内部不可能存在时变电磁场及时变的传导电流,它们只可能分布在理想导电体的表面。
6、在任何边界上,电场强度的切向分量及磁感应强度的法向分量是连续的,因此理想导体表面上不可能存在电场切向分量及磁场法向分量,只可能存在法向电场及切向磁场,也就是说,时变电场必须垂直于理想导电体的表面,而时变磁场必须与其表面相切。
7、无源区中的正弦电磁场被其边界上的电场切向分量或磁场切向分量唯一地确定。