电磁场和电磁波.ppt

考察在开关合上后的一段时间内，电路中的电流滋长过程：,由全电路欧姆定律,10-5,磁场能量,电池,BATTERY,一、自感磁能,电源所作的功,电源克服自感电动势所做的功,电阻上的热损耗,计算自感系数可归纳为三种方法,1,.静态法:,2,.动态法:,3,.能量法:,二、磁场能量,将两相邻线圈分别与电源相连，在通电过程中,电源所做功,线圈中产生焦耳热,反抗自感,电动势做功,反抗互感,电动势做功,互感磁能,自感磁能,互感磁能,1、互感磁能,2、磁场的能量,磁场能量密度：,单位体积中储存的磁场能量,w,m,螺线管特例：,任意磁场,例 如图.求同轴传输线之磁能及自感系数,可得同轴电缆的自感系数为,第十一章,电磁场与电磁波,电磁波的应用,从1888年,赫兹,用实验证明了电磁波的存在，,1895年,俄国科学家波波夫发明了,第一个无线电报系统,。,1914年,语音通信,成为可能。,1920年,商业,无线电广播,开始使用,。,20世纪30年代,发明了,雷达,。,40年代,雷达和通讯得到飞速发展，,自50年代第一颗人造卫星上天，,卫星通讯事业得到迅猛发展。如今电磁波已在通讯、遥感、空间控测、军事应用、科学研究等诸多方面得到广泛的应用。,1820年奥斯特,电,磁,1831年法拉第,磁,电,产生,产生,变化的电场,磁场,变化的磁场,电场,激发,11-1,位移电流 麦克斯韦方程组,一.位移电流,1、电磁场的基本规律,对静电场,对稳恒磁场,对变化的磁场,静电场和稳恒磁场的基本规律,静电场,稳恒磁场,变,包含电阻、电感线圈的电路,电流是连续的.,R,L,I,I,电流的连续性问题:,包含有电容的电流是否连续,I,I,+,+,+,+,+,+,1、位移电流,在电流非稳恒状态下,安培环路定理是否正确?,对 面,对 面,矛盾,+,+,+,+,+,+,电容器破坏了电路中传导电流的连续性。,+,+,+,+,+,+,+,+,+,I,I,电容器上极板在充放电过程中，造成极板上电荷积累随时间变化。,电位移通量,单位时间内极板上电荷增加（或减少）等于流入（或流出）极板的电流,若把最右端,电通量的时间变化率,看作为一种电流，那么电路就连续了。麦克斯韦把这种电流称为,位移电流,。,定义,（位移电流密度）,变化的电场象传导电流一样能产生磁场，从产生磁场的角度看，变化的电场可以等效为一种电流。,位移电流的方向,位移电流与传导电流方向相同,如放电时,反向,同向,二、全电流定律,全电流,通过某一截面的全电流是通过这一截面的,传导电流,和,位移电流,的,代数和,.,在任一时刻,电路中的全电流总是连续的.,在非稳恒的电路中,安培环路定律仍然成立.,全电流定律,位移电流和传导电流一样，都能激发磁场,传导电流,位移电流,电荷的定向移动,电场的变化,通过电流产生焦耳热,真空中无热效应,传导电流和位移电流在激发磁场上是等效,左旋,右旋,对称美,麦克斯韦认为静电场的高斯定理和磁场的高斯定理也适用于一般电磁场.所以,可以将电磁场的基本规律写成,麦克斯韦方程组,(积分形式):,三、麦克斯韦方程组,麦克斯韦方程组物理意义：,1、通过任意闭合面的电位移通量等于该曲面所包围的自由电荷的代数和。,2、电场强度沿任意闭曲线的线积分等于以该曲线为边界的任意曲面的磁通量对时间变化量的负值。,3、通过任意闭合面的磁通量恒等于零。,4、磁场强度沿任意闭合曲线的线积分等于穿过以该曲线为边界的曲面的全电流。,麦克斯韦方程组,(微分形式):,例,半径为,R,相距,l,(,l,R,)的圆形空气平板电容器,两端加上交变电压,U,=,U,0,sin,t,求电容器极板间的:,(1)位移电流;,(2)位移电流密度的大小;,(3)位移电流激发的磁场分布,B(r),r,为圆板的中心距离.,解：(1)由于,l,R,故平板间可作匀强电场处理,根据位移电流的定义,平性板电容器的电容,代入,可得同样结果.,(2)由位移电流密度的定义,或者,另解,(3)因为电容器内,I=0,且磁场分布应具有轴对称性,由全电流定律得,