十四章电磁场理论的基本概念.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,#,一,.,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,14-1,位移电流 全电流定理,变化磁场,产生涡旋电场,变化电场,产生磁场,？,电位移通量（,p82,p85),二,.,位移电流假设,非稳恒电路中，在传导电流中断处必发生电荷分布的变化,极板上电荷时间的变化率等于,传导电流,电荷分布的变化必引起电场的变化,电位移通量的变化率也等于传导电流强度,位移电流,(,麦克斯维认为就产生磁场方面而言，变化的,电场与一电流等效。,即位移电流,),一般情况位移电流,麦克斯韦,（,1831-1879,）英国物理学家,.,经典电磁理论的奠基人,气体动理论创始人之一,1865,年麦克斯韦在总结前人工作的基础 上，提出完整的电磁场理论，他的主要贡献是提出了“有旋电场”和“位移电流”两个假设，从而预言了电磁波的存在，并计算出电磁波的速度（即,光速,）,.,1888,年赫兹的实验证实了他的预言,麦克斯韦理论奠定了经典电磁学的基础，为无线电技术和现代电子通讯技术发展开辟了广阔前景,.,(,真空,中,),卡文迪许实验室,卡文迪许实验室是英国剑桥大学的物理实验室。到现在以有二十余位位科学家从卡文迪许实验室出身而诺贝尔奖获,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,在普遍情形下，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,推广如下：,位移电流 密度,上式即为,全电流安培环路定理,麦克斯韦将安培环路定理推广,（,1,）若传导电流为零,上式即为：变化电场产生磁场的数学表达式,三,.,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,(1),产生机理不同,(2),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.,位移电流没有热效应，传导电流产生焦耳热,例题：平行板电容器，半径为,R,，用长直电流给它充电，使极板间电场变化率为 ，求：距极板中心为,r,远处的磁感强度,.,解：由场的对称性知，场线为一系列,同心圆，在半径为,r,的园周上，,H,相,等，由,全电流定律,因为传导电流为零，所以：,（,1,）当,rR,有：,因为：,B,r,（,3,）讨论：,B,线为一些同心园；,Br,曲线如右图：,位移电流密度大小为：,因为：,例,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：,求,P,1,P,2,点处的磁感应强度,由全电流安培环路定理,142,麦克斯韦方程的积分形式,一）麦克斯韦电磁理论要点,1,）除静止的电荷要产生无旋电场外，变化的磁场将要 激发一个涡旋的电场；,2,）变化的电场和传导电流一样也要激发涡旋的磁场；,3,）变化的电场和变化的磁场，它们相互激发、相互依存，实为一个整体，组成统一的电磁场。,二）麦克斯韦方程的积分形式,麦克斯韦方程组是从电磁现象的试验定律加以总结和推广而得的，这些定律是：,法拉第电磁感应定律；安培环路定律；静电场中和静磁场中的高斯定律。,静 场,变化的场,总,场,法拉第电磁感应定律,（,1,）法,拉第电磁感应定律的推广,电场的环路定理,物理意义：,静电场是保守场，变化磁场可以激发涡旋电场,（,2,）,全电流安培环路定理,物理意义：传导电流和（位移电流）变化电场可以激发涡旋磁场,安培环路全电流定理,静磁场,变化的磁场,总,场,(,H,d,为,I,d,产生的涡旋磁场）,左旋,右旋,对 称 美,涡旋电场和位移电流产生的磁场的方向判定,静电场,变化的电场,总,场,电场的高斯定律,（,3,）,电场的高斯定理,物理意义：静电场是有源场、感应电场是涡旋场,（,4,）,磁场的高斯定理,物理意义：传导电流、位移电流产生的磁场都是无源场,磁场的高斯定律,静磁场,变化的磁场,总,场,1.,电场的高斯定理,2.,磁场的高斯定理,物理意义：静电场是有源场、感应电场是涡旋场,物理意义：传导电流、位移电流产生的磁场都是无源场,三：麦克斯韦方程组的积分形式总结,电场的环路定理,3.,法拉第电磁感应定律,4.,全电流安培环路定理,物理意义：静电场是保守场，变化磁场可以激发涡旋电场,物理意义：传导电流和变化电场可以激发涡旋磁场,Maxwell,方程的科学价值,1,）它完整地反映和概括了电磁场的运动规律，能推断和解释一切电磁现象，且逻辑体系严密，数学形式简洁。,2,）它预言了光的电磁本性，将光学和电磁学统一起来。,3,）电磁场是最简单的规范场，蕴藏着完美的对称结构,-,时空对称、电磁对称,-,为相对论的产生提供了邹形。,4,）它在技术上的应用促进了电子技术和生产力的高度发展，可以说近代一切电报、无线电、雷达、电视、电子计算机等,都只不过是麦克斯韦方程的应用而已,.,麦克斯韦电磁场理论是物理学上一次重大的突破,预言了电磁波的存在。,爱因斯坦在一次纪念麦克斯韦的诞辰时所说,:“,这是牛顿以来物理学上经历的最深刻和最有成果的一次变革,.”,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,J,d,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：,(2),由位移电流密度的定义,或者：,U=U0sin,t,(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：,