
【电】 reciprocity theorem
【法】 barter; mutual transaction; permutation
theorem
【化】 theorem
【医】 theorem
互易定理(Reciprocity Theorem)是电磁学与电路理论中的核心原理之一,其核心思想可概括为:在线性、无源且各向同性的系统中,若将激励源与观测点的位置互换,系统的响应特性保持不变。这一特性在工程领域具有广泛的应用价值,尤其在射频电路设计、天线辐射效率分析及电磁兼容测试中表现显著。
从数学角度,互易定理可表述为:对于两个独立电流源$I_1$和$I_2$,当分别作用于系统中的位置$A$和$B$时,满足关系式: $$ int_V mathbf{E}_2 cdot mathbf{J}_1 dV = int_V mathbf{E}_1 cdot mathbf{J}_2 dV $$ 其中$mathbf{E}_i$为电流源$mathbf{J}_i$产生的电场分布。该公式揭示了电磁场系统的对称性本质(来源:IEEE Transactions on Antennas and Propagation)。
工程实践中,互易定理的典型应用包括:
值得关注的是,互易定理的成立需要严格满足三个前提条件:系统线性度(排除铁磁材料等非线性元件)、无源特性(不含独立能量源)及各向同性(介质参数无方向依赖性)。现代研究已将该定理拓展至光子晶体等新型材料体系(来源:Physical Review Applied)。
互易定理是物理学和电路理论中的重要原理,其核心思想是描述系统中激励与响应在特定条件下的对称关系。以下是综合多个领域的详细解释:
互易定理指:在满足条件的线性系统中,激励源与响应位置互换后,系统的响应与激励的比值保持不变。例如在电路中,若电压源与电流表位置互换,电流表的读数不变。该定理体现了系统的对称性,与诺特定理中的“对称性对应守恒定律”相关联。
以力学中的Betti第一互易定理为例: $$ iiint_V (vec{f} - rho ddot{vec{u}}) cdot vec{v} , dV + iint_S vec{T} cdot vec{v} , dS = iiint_V (vec{g} - rho ddot{vec{v}}) cdot vec{u} , dV + iint_S vec{T} cdot vec{u} , dS $$ 该式表明两组力($vec{f}$和$vec{g}$)在对方位移场($vec{u}$和$vec{v}$)上的功相等。
互易定理简化了复杂系统的分析,例如:
注意:具体应用需结合领域特性,例如电路中的三种互易形式(电压-电流、电流-电压、混合型)需通过特勒根定理推导。
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