第6章麦克斯韦电磁理论.pptx

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,#,1.麦克斯韦电磁理论,2.电磁波的产生,第六章 麦克斯韦电磁理论 电磁波,1.,问题的提出,对稳恒电流,对,S,1,面,对,S,2,面,矛盾,稳恒磁场的安培环路定理已不适用于非稳恒电流的电路,6.1,麦克斯韦电磁场理论简介,一、位移电流,2.,位移电流,假设,6.1,麦克斯韦电磁场理论简介,一、位移电流,电流连续性方程,高斯定理,2.,位移电流,假设,6.1,麦克斯韦电磁场理论简介,一、位移电流,2.,位移电流,假设,6.1,麦克斯韦电磁场理论简介,一、位移电流,位移电流,(,电场变化等效为一种电流,),位移电流,密度,位移电流与传导电流连接起来恰好构成连续的闭合电流,麦克斯韦提出,全电流,的概念,(,全电流安培环路定理,),全电流在空间永远是连续不中断的，并且构成闭合回路,麦克斯韦将安培环路定理推广,若传导电流为零,3.,位移电流、传导电流的比较,(1),位移电流具有磁效应,与传导电流相同,(2),位移电流与传导电流不同之处,产生机理不同,存在条件不同,位移电流可以存在于真空中、导体中、介质中,(3),位移电流不产生焦耳热，传导电流产生焦耳热,可得,其中：,是与电荷无关的纯粹位移电流,电场变化激发磁场,是电极化强度的时间变化率,设分子电矩 ，分子数密度,n,则电极化强度,所以,极化时电荷的规则运动,或,极化电流密度,4,由,真空中：,因此,变化电场激发磁场，右螺旋,又,变化磁场激发电场，左螺旋,电磁场互激,一般地说：,变化电场激发涡旋磁场,变化磁场激发涡旋电场,电场与磁场密切联系着。,静电场与稳恒磁场只是电磁场在一定条件下的特殊形式。,例1,假设图示电路中电源为交变电动势，则在导线内作用着一个交变电场,E,=,E,m,cos,t,（式中,是角频率,。试估计导线中传导电流与位移电流的大小比。,解：,于是位移电流密度为,是导线电阻率，而导线中的电位移,D,为,根据欧姆定律的微分式，导线中的电流密度为,导线中传导电流与位移电流大小之比，等于同一导线中传导电流密度与位移电流密度之比，即,对于铜导线，这一比值为,10,19,/,，,即使是对于超高频电流，这一比值仍非常大，说明导线中虽然存在位移电流，但微不足道，占绝对优势的是传导电流。,例,2,设平行板电容器极板为圆板，半径为,R,，两极板间距为,d,用缓变电流,I,C,对电容器充电,解,任一时刻极板间的电场,极板间任一点的位移电流密度,由全电流安培环路定理,求,P,1,P,2,点处的磁感应强度,二、麦克斯韦方程组的积分形式 电磁场,静电场的高斯定理,静电场是有源场、电荷是产生电场的源,静电场的环路定理,静电场是保守场（无旋场）,恒定磁场安培环路定理,恒定磁场是有旋（非保守）场,恒定磁场的高斯定理,传导电流的磁场（,恒定磁场,）是无源场,麦克斯韦提出,感生电场,和,位移电流,产生涡旋磁场的假设,1.,电场的高斯定理,2.,磁场的高斯定理,静电场是有源场、感应电场是涡旋场,传导电流、位移电流产生的磁场都是无源场,3.,电场的环路定理,法拉第电磁感应定律,4.,全电流安培环路定理,静电场是保守场，变化磁场可以激发涡旋电场,传导电流和变化电场可以激发涡旋磁场,麦克斯韦方程组,电场,磁场,积分形式,微分形式,麦克斯韦方程组,电场,磁场,积分形式,介质,2,介质,1,界面,三、边界条件,界面,介质,1,介质,2,三、边界条件,界面,介质,1,介质,2,三、边界条件,一般情况,两种无损耗媒质的分界面,理想介质和理想导体的分界面,1,区为理想介质、,2,区为理想导体,例,2,半径为,r,=0.1m,的两块圆板构成平行板电容器，由圆板中心处引入两根长直导线给电容器匀速充电，使电容器两板间电场的变化率为,d,E,/d,t=,10,13,V/(ms),。求电容器两板间的位移电流，并计算电容器内离两板中心连线处,r(,rR,),的磁感应强度,B,r,和,R,处的,B,R,。,解：,电容器两极板间的位移电流为,电容器两极板间的,rR,处各点磁感应强度为,B,r,，应用安培环路定理,当,上面所计算得到的电场是全电流激发的总磁场。,1.麦克斯韦电磁理论,2.电磁波的产生,第六章 麦克斯韦电磁理论 电磁波,辐射功率,，固有频率,，,电路开放,(,天线,),：,振荡偶极子模型：,振荡电偶极子,振荡磁偶极子,(,a,),(,b,),(,c,),发射示意图,一、电磁波的产生,电磁波的传播,由,复数形式的,Maxwell,方程组,设无限大均匀介质中,得,和,简谐量用复数表示,波动方程,复数,亥姆霍兹方程,均匀平面波：,场矢量只沿着传播方向变化，在与传播方向垂直的无限大平面内，场矢量的方向、振幅、相位保持不变的波,波动方程,亥姆霍兹方程,均匀平面波：,场矢量只沿着传播方向变化，在与传播方向垂直的无限大平面内，场矢量的方向、振幅、相位保持不变的波,1.,时间周期性,是角频率,2.,空间周期性,3.,相速,4.,等相位面：空间相位相等的面,5.,磁场,波数,实验测得,则波速,即,预言：光是一种电磁波。,真空中的光速,【,讨论,】,：,预言电磁波的存在，是横波；,光是一种电磁波；,同相；,成右螺旋；,O,三、坡印廷,(Poynting),矢量,能量密度：,能流密度：,即,或,坡印廷矢量,I,简例：,如图所示,电容器充,电过程,无线电波谱,波段,波长,频率,主要用途,附注,长波,30km3km,10-100,kc,电报通讯,地波,3000m200m,中波,1 1.5,Mc,无线电广播，电报,地波,200m50m,中短波,1.56,Mc,无线电广播，电报,天波,50m 10m,短波,630,Mc,无线电广播，电报,天波,10m 1m,米波,30300,Mc,广播,电视,导航，雷达，移动通讯,(VHF),甚高频,分米波,1m 0.1m,0.33,Gc,厘米波,0.1m0.01m,330,Gc,毫米波,0.01m 0.001m,30300,Gc,微 波,电视，雷达，导航及其它专门用途,(UHF),(SHF),(EHF),特高频,超高频,极高频,电磁波谱,可见光,是能引起人的视觉的那部分电磁波,人眼最敏感的光：黄绿光，中心波长,555,nm,对数坐标,软x射线,真空紫外线,紫外光,可见光,近红外光,中红外光,远红外光,宇宙射线,射线,x,射线,微波,短波,中,波,长波,对数坐标,光 波,线性坐标系,紫,靛,蓝,绿,黄,橙,红,青,注：,波长的数据各种资料不统一，稍有不同,精品课件,！,精品课件,！,极板上电荷的变化必引起电场的变化,电位移通量,电位移通量的变化率,等于,传导电流强度,位移电流,(,电场变化等效为一种电流,),一般情况位移电流,(,以平行板电容器为例,),位移电流密度,