大学物理学：11-3麦克斯韦方程组ppt.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,在恒定电流时安培环路定律,:,其中,S,为以,L,为边界的任意曲面,.,C,L,S,1,S,2,电容两极间,传导电流,“,中断,”,有确定值,当非恒定电流时,(,电容器充或放电时,),以,L,为边界的任意曲面,:,对于,S,1,对于,S,2,矛盾！,稳恒电流的连续性方程,流入闭合面的传导电流,=,流出闭合面的传导电流,一,.,安培环路定律的局限性,与变化电场相联系的磁场,1,C,S,由电荷守恒定律，对闭合曲面,S,q,为电容器极板所带电量,思路,:,非稳态,以,为电流密度,则电流连续,.,q,变化,电场,E,、,D,变化,二,.,位移电流,2,传导电流,？电流,麦克斯韦指出：,对非稳态，传导电流中断处必发生电荷分布的改变。,变化的电场也产生磁场,。,变化的电场等效地也是一种,“,电流,”,位移电流,位移电流面密度,全电流,全电流密度,3,运流电流,麦克斯韦提出全电流,概念,传导电流,位移电流,全电流在空间永远是连续的闭合电流,全电流安培定律,变化的电场产生磁场,变化的磁场产生电场,(,右旋,),(,左旋,),C,L,S,1,S,2,三,.,全电流,(,安培,),定律,4,关于位移电流,:,(,1,),位移电流是变化的电场,所激发,可以存在于一切物质,而传导电流是导体中电荷的定向运动,.,(,2,),位移电流仅仅从产生磁场方面与传导电流相同,.,(,3,),位移电流与传导电流总称全电流,.,麦克斯韦,在电磁理论的杰出贡献在于：,完整而深刻地揭示出磁场可以激发电场，变化的电场也能激发磁场,这一客观规律。,电场与磁场间相互依存,相互转换的关系电磁场的同一性,.,(,电流概念的推广,),所以谈不上产生焦耳热。,位移电流不伴有电荷的任何运动,或,真空,中,5,例,：比较位移电流与传导电流的相对大小。设导体截面为,S,，,通交流电,交流电沿截面均匀分布,已知,:,导体电阻率,解,:,由欧姆定律的微分形式,仅考虑振幅比,6,例,：给电容为,C,的平行板电容器充电,电流为,设,t,=0,时电容器极板上无电荷，求：,(1),极板间电压,U,随时间,t,的变化关系；,(2)t,时刻极板间总的位移电流,I,d,.,解,:,给平板电容器充电,极板间上,(1),(2),7,例,：平行板电容极板为圆形，半径,R,，,间距为,d,.,用缓变 电流,(,I,C,),充电。求,P,1,，,P,2,点处的磁场强度,H,.,解：,缓变电流，极板间可视为匀强,非静电场，通常称库仑电场,设：极板间位移电流也是均匀分布,位移电流密度,(1),P,1,:,全电流,!,回路,L,与曲面,S,1,S,2,8,(,2,),P,2,:,以导线延线为轴作通过,P,2,的圆周,(,平面,),必须指出,:,不论,P,1,或,P,2,处的,H,都是由,全电流,贡献的,!,R,r,9,麦克斯韦关于感生,(,涡旋,),电场和位移电流的概念说明,:,电场和磁场之间的内在联系-,统一的电磁场,.,归纳麦克斯韦方程组的积分形式,:,通量,环流,麦克斯韦方程组,10,无源特性,表明:,在任何磁场中,通过任何,封闭曲面的磁通量,等于零,.,高斯定,律,:,表明:,在任何电场中,通过任何,封闭曲面的电通量,等于该封闭面内自由电荷的代数和,.,有源特性,，,高斯定律:,一,.,电场的性质,二,.,磁场的性质,11,变化的磁场产生涡旋电场,改写了电场的环路定理:,变化的电场产生磁场,磁场的环路定理:,表明:,任何磁场中,磁感应强度沿任意,闭合曲线的线积分,等于通过以该曲线为边界的任意曲面的全电流,的,0,倍,.,表明:,任何电场中,电场强度沿任意,闭合曲线的线积分,等于通过以该曲线为边界的任意曲面的磁通量的时间变化率,.,三,.,变化的,磁,场和电,场的联系,四,.,变化的电场和,磁场的联系,12,在有介质时,麦克斯韦方程组的积分形式更为简单,:,通量,环流,13,特别是：,当,特指,静电场和恒定磁场,的方程组,14,而当,这时空间存在变化的电磁场（自由电磁场）,电磁波,表明变化电场与变化磁场相互激发，相互依存的关系！,15,位移电流与涡旋电场的假设导致,麦克斯韦,提出,电磁波,的预言,20,年后赫兹用实验证实了电磁波的存在,.,电磁波的能流密度,-,玻印廷矢量,:,E,x,H,0,可确定传播方向,电磁波简述,16,1.,电磁波是横波,.,有偏振特性,2.,E,与,H,同步变化（同相位）,且满足,3.,电磁波在真空中的波速,一,.,基本性质,17,二,.,电磁波波谱,18,物质的性质,:,具有质量、能量、动量等,.,1.,电磁场的能量,:,2.,电磁波的能流密度,S,:,矢量式,坡印廷矢量,三,.,电磁场的物质性,19,3.,电磁场的质量,:,4.,电磁场的动量,:,辐射压强,“光压”的产生,类似于碰撞,(,动量密度,),压强,太阳常数,如何计算,?,注意到,:,产生的光压,20,场物质与实物物质的区别,:,(2),场物质在真空中的运动速度永远是光速,c,3,10,8,m/s.,(1),场物质没有静止质量,以波动在空间传播,但以粒子的形式与物质相互作用,.,(3),场物质在空间有叠加性,无排它性,.,21,作业：,习题书：,P86(,一,)1,2;,P88(,二,)3,5;,P91,(,三,)6,7,22,