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本篇笔记用于帮助大家记忆第一、二章的公式,请配合『电磁场笔记』 使用。
第一章:
三个坐标系之间单位矢量的关系
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三个坐标系下的梯度、旋度、散度公式
在直角坐标系下, = 1, ;
在柱坐标系下, = 1, ;
在球坐标系下, ;
梯度的表达式可以用拉梅系数重新写为:
散度的表达式可以用拉梅系数重新写为 :
旋度的表达式可以用拉梅系数重新写为:
上面两个公式中的 是坐标系的三个分量,需要根据具体的坐标系进行调整。 表示的是矢量场,A 表示的是标量场。
现在,我们只需要记住在柱坐标系和球坐标系中 h 的值以及计算公式,就可以写出不同坐标系下的旋度散度公式了。
原先需要记住 6 个公式,现在只需要记住 5 个公式,前者是没有关联的,后者是相互关联的,因此会好记很多。
📌
在这里,柱坐标系中的散度公式需要额外注意一下,它有两种形式:
第二种形式是第一种形式的变体,因为 ,而等式右侧的第一个部分 的 ρ 与前面的 相互抵消,等式右侧的第二个部分的 ρ 对 z 求偏导等于 0,因此两个式子是等效的。
梯度、散度、旋度相关公式
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散度定理(高斯定理)
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散度定理其实就是将 通量 散度 联系在一起的定理,通量描述的是面上矢量线的穿入穿出情况,而散度描述的是一个点的发散、聚集情况。
斯托克斯定理
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格林定理、亥姆霍兹定理
拉普拉斯运算与格林定理
拉普拉斯运算:
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矢量拉普拉斯计算似乎有个口诀来着——”叉积^2 = 梯散 - 双旋“
格林定理:
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格林公式的形象解释
假设你有一个区域 V,这个区域是被一个曲面 S 包围的。你可以把 V 想象成一块被一个气球包住的水,而 S 就是这个气球的表面。现在,在这个区域 V 里面有两个场,分别叫 ,它们表示某种在区域中的“量”在空间中是如何分布的。比如, 可以代表温度, 可以代表压力。
格林定理告诉我们,想要在整个区域 V 里计算某些量时,可以将计算转化到区域的表面 S 上去,这样计算就变得简单了。定理中的公式涉及一些微分和积分的符号,表面上看起来有些复杂,但它们的核心思想其实就是“将一个区域内的变化,转化为这个区域边界上的变化”。
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亥姆霍兹定理
这部分课上老师没有讲的很明白,参考的是 b 站 @纳兰恒丰 老师的讲解:亥姆霍兹定理 ,个人觉得还是不错的。
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一个矢量场可以表示为散度源和旋度源共同作用的结果,散度源引起的部分是无旋场,可以表示为是某一个标量场的负梯度 ,旋度源引起的部分是无源场,可以表示为是某一个矢量场的旋度,即 。因此一个矢量场可以写成是 的形式。
对于无旋场的部分,如果不考虑边界的话,可以表示为散度的积分和;如果考虑边界的话,可以表示为散度的积分和与边界处的总通量的差值(如下图所示);
对于无源场的部分,如果不考虑边界的话,可以表示为旋度的积分和的形式;如果考虑边界的话,可以表示为旋度的积分和与边界处总的散度的差值。
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第二章:
电荷密度、电流密度、电荷守恒
电荷体密度、面密度、线密度
电荷体密度。
电荷体密度。
电荷面密度。
电荷面密度。
电荷线密度。
电荷线密度。
电流与电流密度
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体电流密度(电流密度矢量):
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体电流密度(电流密度矢量)是有方向的。电流的密度和电荷的密度有所不同,它们针对的量度是不一样的,体电流密度是针对面而言的,面电流密度是针对线而言的。
面电流矢量:
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电荷守恒定律
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⚠️
上面最后的公式要注意,是恒定电流才有散度为 0 的特点,是无散场,无源场。
静电场
库仑定律
库仑定律
电荷电场强度公式:
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电偶极子公式:
电偶极矩
电偶极矩
常见的电场强度公式:
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散度和旋度:
静电场散度   高斯定理   静电场旋度   环路定理
静电场散度 高斯定理 静电场旋度 环路定理
磁场的安培力定律 & 恒定磁场的散度旋度
安培力定律   电流元
安培力定律 电流元
磁感应强度
磁感应强度
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电介质
极化强度矢量。电偶极矩是小 p,单位体积内电偶极矩矢量和为大 P。
极化强度矢量。电偶极矩是小 p,单位体积内电偶极矩矢量和为大 P。
极化电荷体密度。最后的公式利用了高斯散度定理,面的通量和等于体积内的散度积分。
极化电荷体密度。最后的公式利用了高斯散度定理,面的通量和等于体积内的散度积分。
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极化电荷体密度
极化电荷体密度
介质的介电常数   相对介电常数
介质的介电常数 相对介电常数
磁介质
磁化强度矢量
磁化强度矢量
磁化电流  磁化电流体密度
磁化电流 磁化电流体密度
介质中安培环路定理
介质中安培环路定理
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磁化率   磁化系数   顺磁质   抗磁质   铁磁质
磁化率 磁化系数 顺磁质 抗磁质 铁磁质
传导特性
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法拉第电磁感应定律
抄黄色高亮的公式。
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位移电流
抄黄色高亮的公式。
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麦克斯韦方程组及边界条件
微分形式
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积分形式
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媒质的本构关系
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边界条件
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