電磁場與電磁波之向量分析

2021-07-05 18:29:42 字數 1198 閱讀 4107

場的概念:在電磁場理論中,要研究某些物理量(如電位、電場強度、磁場強度等)在空間的分布和變化規律。為此,我們的科學家們引入了「場」的概念。如果每一時刻,乙個物理量在空間中的每一點都有乙個確定的值,則稱在此空間中確定了該物理量的場。(time、point、value)

向量分析:因為電磁場是分布在三維空間的向量場,所以,為了研究電磁場在空間的分布和變化規律,我們要先掌握一種基本的數學工具——向量分析。

梯度:標量場在空間的變化規律由其「梯度」來描述。

散度和旋度:向量場在空間的變化規律通過場的散度和旋度來描述。

向量:一般的三維空間內某一點p處存在的乙個既有大小又有方向特性的量稱為向量。乙個向量a可用一條有方向的線段來表示。

單位向量:e

a=

a/a.

向量的乘法(滿足分配律):點積(標積)a·b、叉積(矢積)a×b

向量三重積、標量三重積

三種常用的正交座標系:為了考察物理量在空間的分布和變化規律,必須引入座標系。在電磁場理論中,最常用的座標係為直角座標系、圓柱座標系、球座標系。

兩個向量的和等於對應分量之和。

位置向量:位置向量是在某一時刻,以座標原點為起點,以運動質點所在位置為終點的有向線段。

位置向量的微分元

單位向量、面積元、體積元

三個相互正交的座標單位向量,遵循右手螺旋法則。

常向量:方向總是隨空間座標變化的向量。

變換關係:eρ

=excosφ+

eysinφ     注釋:等號兩邊,模的大小相等,方向一致。

度量係數:dρ、ρdφ和dz都是長度,它們同各自座標的微分之比稱為度量係數(或拉梅係數)——hρ、hφ、hz

場的分類:物理狀態是否與時間無關(靜態場、動態場)、所研究的物理量是標量還是向量(標量場、向量場)

標量場的等值面:描述了場量u的分布狀況

方向導數:研究標量場中任一點的領域內沿各個方向的變化規律。換句話說,就是在標量場(某一空間的標量函式)中,從某一點出發,沿著某一特定方向的導數。

方向導數的計算公式:???

方向余弦

梯度:在標量場中,從乙個給定點出發有無窮多個方向。一般來說,標量場在同一點m處沿不同的方向上的變化率是不同的,在某個方向上,變化率可能最大。而梯度正是乙個定點處的沿某方向變化率最大的向量。

梯度的計算式:由方向導數的計算公式推出。

哈密頓算符

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