12电磁波2016PPT课件.ppt

麦克斯韦是麦克斯韦是19世纪英国伟大的世纪英国伟大的物理学家、数学家。物理学家、数学家。一、位移电流一、位移电流 静电场的性质：静电场的性质：静电场是静电场是有源有源场场静电场是静电场是保守保守力场力场恒定磁场的性质：恒定磁场的性质：恒定磁场是恒定磁场是非保守非保守力场力场恒定磁场是恒定磁场是无源无源场场1、恒定电、磁场的性质归纳为四个基本方程。恒定电、磁场的性质归纳为四个基本方程。12.1 位移电流位移电流 麦克斯韦麦克斯韦方程组方程组 2、变化的电磁场、变化的电磁场 对于变化的磁场，麦克斯韦提出了对于变化的磁场，麦克斯韦提出了“涡旋电场涡旋电场”假说假说:理论和实验都表明理论和实验都表明电场的电场的高斯定理高斯定理和磁场的和磁场的高斯定理高斯定理在变化的电、磁场中依然成立。在变化的电、磁场中依然成立。恒定磁场中，安培环路定理可以写成恒定磁场中，安培环路定理可以写成:问题问题在电流非稳恒状态下（非恒定场的情形时）在电流非稳恒状态下（非恒定场的情形时）,安培环路定理是否正确安培环路定理是否正确?式中式中 是穿过以回路为边界的任意曲面是穿过以回路为边界的任意曲面的传导电流。的传导电流。包含电阻、电感线圈的电包含电阻、电感线圈的电路路,电流是连续的电流是连续的.RLII电流的连续性问题电流的连续性问题:包含有电容的电流包含有电容的电流是否连续？是否连续？II+S2IIS1+L对对L所围成的所围成的S1面面矛盾矛盾显然，显然，H 的环流不再是唯一确定的了。的环流不再是唯一确定的了。这说明安培环路定律在非恒定场中须加以修正。这说明安培环路定律在非恒定场中须加以修正。对对L所围成的所围成的S2面面由高斯定理由高斯定理:+II由电荷守恒定律由电荷守恒定律:位移电流密度矢量位移电流密度矢量+I 在任意变化的电场中，通过某一曲面在任意变化的电场中，通过某一曲面S S的位移电流：的位移电流：把把 代入，得代入，得E E变化引起变化引起极化电流极化电流 麦克斯韦假设麦克斯韦假设:变化的电场能产生磁场变化的电场能产生磁场,因而可以等效为一种电流因而可以等效为一种电流.二、全电流定律二、全电流定律全电流：全电流：通过某一截面的传导电流、运流电流通过某一截面的传导电流、运流电流和位移电流的和位移电流的代数和代数和.电路中的全电流总是连续的电路中的全电流总是连续的。在非稳恒的电路中在非稳恒的电路中,安培环路定律仍然成立安培环路定律仍然成立.变化的电场和它激发的磁场在方向变化的电场和它激发的磁场在方向上的右手螺旋关系上的右手螺旋关系。在真空中安培环路定理：在真空中安培环路定理：位移电流假说的核心：位移电流假说的核心：变化的电场可以激发磁场变化的电场可以激发磁场。麦克斯韦的麦克斯韦的涡涡旋电场旋电场假说和假说和位移电流位移电流假说假说为建立统一的电磁场理论奠定了理论基础。为建立统一的电磁场理论奠定了理论基础。位移电流与传导电流的位移电流与传导电流的比较比较:传导电流传导电流位移电流位移电流自由电荷的定向移动自由电荷的定向移动电场的变化电场的变化通过导体产生焦耳热通过导体产生焦耳热真空中无热效应真空中无热效应可以存在于可以存在于真空、导体、真空、导体、电介质电介质中中只能存在于导体中只能存在于导体中传导电流和位移电流仅在传导电流和位移电流仅在激发磁场这一点上等效激发磁场这一点上等效(Hd为为Id产生的涡旋磁场产生的涡旋磁场)左旋左旋右旋右旋对称美对称美例例:半径为半径为R,相距相距l(lR)的圆形空气平板电容器的圆形空气平板电容器,两端两端加上交变电压加上交变电压 U=U0sin t,求电容器极板间的求电容器极板间的:(1)位移电流位移电流;(2)位移电流密度位移电流密度 jd 的大小的大小;(3)位移电流激发的磁场分布位移电流激发的磁场分布B(r),r为到圆板中为到圆板中心轴线的距离心轴线的距离.解解 (1)由于由于lR,故平板故平板间可作匀强电场处理间可作匀强电场处理,根据位移电流的定义根据位移电流的定义另解另解平性板电容器的电容平性板电容器的电容代入上式代入上式,可得同样结果可得同样结果.(2)由位移电流密度的定义由位移电流密度的定义或者或者(3)因为电容器内因为电容器内 I=0,且磁场分布应具有轴对称性且磁场分布应具有轴对称性,由全电流定律得由全电流定律得 麦克斯韦麦克斯韦 提出了提出了涡旋电场涡旋电场和和位移电流位移电流假说：假说：从而在人类科学史上第一次揭示了电场和磁场从而在人类科学史上第一次揭示了电场和磁场的内在联系，建立了完整的电磁场理论体系，而这的内在联系，建立了完整的电磁场理论体系，而这个理论体系的核心就是麦克斯韦方程组。个理论体系的核心就是麦克斯韦方程组。这两个假说的核心思想是：这两个假说的核心思想是：变化的磁场变化的磁场可以激发可以激发涡旋电场；涡旋电场；变化的电场变化的电场可以激发可以激发涡旋磁场。涡旋磁场。三、三、麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组各向同性介质，有各向同性介质，有根据麦克斯韦理论，在根据麦克斯韦理论，在自由空间自由空间内的电场和磁场满足内的电场和磁场满足 即变化的电场可以激发变化的磁场即变化的电场可以激发变化的磁场 变化的磁场又可以激发变化的电场变化的磁场又可以激发变化的电场这样电场和磁场可以这样电场和磁场可以相互激发相互激发并以波的形式由近及远并以波的形式由近及远,以有限的速度在空间传播，就形成了以有限的速度在空间传播，就形成了电磁波电磁波。12.2 电磁波电磁波