麥克斯韋方程組課件.ppt

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1、?第十一章第四講本章共3.5講第三篇相互作用和場(chǎng)第十一章變化中的磁場(chǎng)和電場(chǎng)§11.3位移電流麥克斯韋提出又一重要假設(shè)：位移電流隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)感生電場(chǎng)（渦旋電場(chǎng)）隨時(shí)間變化的電場(chǎng)磁場(chǎng)對(duì)稱性一.問題的提出穩(wěn)恒磁場(chǎng)的安培環(huán)路定理：穿過以L為邊界的任意曲面的傳導(dǎo)電流非穩(wěn)恒情況如何？非穩(wěn)恒情況舉例：電容器充放電取回路，作以為邊界的曲面導(dǎo)線穿過導(dǎo)線不穿過說明將安培環(huán)路定理推廣到一般情況時(shí)需要進(jìn)行補(bǔ)充和修正.對(duì)矛盾！對(duì)出現(xiàn)矛盾的原因：非穩(wěn)恒情況下傳導(dǎo)電流不連續(xù)（流入，不流出）傳導(dǎo)電流不連續(xù)的后果：電荷在極板上堆積

2、。電荷密度隨時(shí)間變化（充電，放電）極板間出現(xiàn)變化電場(chǎng).解決問題思路：尋找極板上傳導(dǎo)電流與極板間變化電場(chǎng)之間的關(guān)系.大?。簜鲗?dǎo)電流板間電場(chǎng)結(jié)論與同向與同向充電放電與反向與同向板間電場(chǎng)的電位移矢量對(duì)時(shí)間的變化率等于極板上的傳導(dǎo)電流密度.穿過極板的電位移通量對(duì)時(shí)間的變化率等于極板上的傳導(dǎo)電流.傳導(dǎo)電流在極板上中斷，可由接替；可由接替.傳導(dǎo)電流密度在極板上中斷，解決了非穩(wěn)恒情況電流的連續(xù)性問題將視為一種電流，為其電流密度.問題的解決辦法：充電放電二.位移電流1.就電流的磁效應(yīng)而言，變化的電場(chǎng)與電流等效.稱為位

3、移電流真空中：揭示變化電場(chǎng)與電流的等效關(guān)系2.物理意義空間電場(chǎng)變化電介質(zhì)分子中電荷微觀運(yùn)動(dòng)3.比較載流子宏觀定向運(yùn)動(dòng)變化電場(chǎng)和極化電荷的微觀運(yùn)動(dòng)只在導(dǎo)體中存在并產(chǎn)生焦耳熱無焦耳熱，在導(dǎo)體、電介質(zhì)、真空中均存在都能激發(fā)磁場(chǎng)P334問題：比較導(dǎo)體、介質(zhì)中數(shù)量級(jí)起源特點(diǎn)共同點(diǎn)傳導(dǎo)電流位移電流三.安培環(huán)路定理的推廣對(duì)對(duì)不矛盾！2.推廣的安培環(huán)路定理1.全電流對(duì)任何電路，全電流總是連續(xù)的練習(xí)：P34411-19已知：對(duì)平行板電容器充電求：解：練習(xí)：設(shè)平行板電容器內(nèi)交變電場(chǎng)強(qiáng)度：求：1）電容器內(nèi)位移電流密度的大小

4、；2）電容器內(nèi)到兩板中心連線距離0.01米處磁場(chǎng)強(qiáng)度的峰值（不計(jì)傳導(dǎo)電流的磁場(chǎng)）。解：1）2）作如圖r＝0.01m的環(huán)路，由安培環(huán)路定理：§11.4麥克斯韋方程組的積分形式麥克斯韋是19世紀(jì)偉大的英國物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家。主要從事電磁理論、分子物理學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、彈性理論方面的研究。尤其是他建立的電磁場(chǎng)理論，將電、磁、光、統(tǒng)一起來，是19世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的最光輝的成果，是科學(xué)史上最偉大的綜合之一。一.麥克斯韋方程組的積分形式高斯定理環(huán)路定理磁場(chǎng)電場(chǎng)靜電場(chǎng)感生電場(chǎng)一般電場(chǎng)麥克斯韋方程組積分形式微分

5、形式二.意義1.是對(duì)電磁場(chǎng)宏觀實(shí)驗(yàn)規(guī)律的全面總結(jié)和概括，是經(jīng)典物理三大支柱之一.未發(fā)現(xiàn)磁單極法拉第電磁感應(yīng)定律安培定律位移電流假設(shè)庫侖定律感生電場(chǎng)假設(shè)電場(chǎng)性質(zhì)變化磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)變化電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)磁場(chǎng)性質(zhì)方程實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)意義方程中各量關(guān)系：定義：2.揭示了電磁場(chǎng)的統(tǒng)一性和相對(duì)性電磁場(chǎng)是統(tǒng)一的整體電荷與觀察者相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同時(shí)，電磁場(chǎng)可以表現(xiàn)為不同形態(tài).空間帶電體對(duì)相對(duì)其靜止的觀察者—靜電場(chǎng)對(duì)相對(duì)其運(yùn)動(dòng)的觀察者電場(chǎng)磁場(chǎng)3.預(yù)言了電磁波的存在由自由空間（）麥克斯韋方程組微分形式出發(fā)，可以推導(dǎo)出（詳見教材P428）波

6、動(dòng)方程變化電場(chǎng)變化磁場(chǎng)變化電場(chǎng)磁場(chǎng)變化磁場(chǎng)電場(chǎng)可脫離電荷、電流在空間傳播電磁波（自由空間）4.預(yù)言了光的電磁本性電磁波的傳播速率實(shí)驗(yàn)證實(shí)：德國科學(xué)家赫茲（1888年完成）用電磁波重復(fù)了所有光學(xué)反射、折射、衍射、干涉、偏振實(shí)驗(yàn).相距10米赫茲（德.1857～1894）互補(bǔ)法拉第：來自社會(huì)底層、實(shí)驗(yàn)巨匠.善于通過直覺把握物理本質(zhì).麥克斯韋：出身名門望族、數(shù)學(xué)高手、善于建立模型、綜合、提高.大40歲歷史之旅實(shí)驗(yàn)理論實(shí)驗(yàn)法拉第—麥克斯韋—赫茲藍(lán)圖（基礎(chǔ)）建設(shè)大廈使其中住滿人二者結(jié)合：理想類型的物理學(xué)家起初當(dāng)我

7、看到你用這樣的數(shù)學(xué)威力來針對(duì)這樣的主題，我?guī)缀鯂槈牧?。后來我才驚訝地看到，這個(gè)主題居然處理得如此之好！－1857年法拉第給麥克斯韋的回信5.是經(jīng)典物理—近代物理橋梁麥?zhǔn)戏匠滩粷M足伽利略變換相對(duì)論建立“我曾確信，在磁場(chǎng)中作用于一個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷的力不過是一種電場(chǎng)力罷了，正是這種確信或多或少直接地促使我去研究狹義相對(duì)論.”——愛因斯坦創(chuàng)新物理概念（渦旋電場(chǎng)、位移電流）嚴(yán)密邏輯體系簡(jiǎn)潔數(shù)學(xué)形式（P337微分形式）正確科學(xué)推論（兩個(gè)預(yù)言）在概括電磁經(jīng)驗(yàn)規(guī)律的歷史發(fā)展中，導(dǎo)致了力線的概念。用數(shù)學(xué)形式表達(dá)這一概念，給出

8、了麥克斯韋方程組。麥克斯韋方程組導(dǎo)致了場(chǎng)論的誕生，而場(chǎng)論至今仍然是粒子物理的中心論題。麥克斯韋方程組還導(dǎo)致了洛侖茲變換的概念，這個(gè)變換通過愛因斯坦的工作揭示了平直時(shí)空的幾何。－－－摘自《楊振寧文錄》電磁的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律－力線－麥克斯韋方程組（第一場(chǎng)論）－洛侖茲變換－平直時(shí)空的幾何第二場(chǎng)論－彎曲時(shí)空的幾何第三場(chǎng)論－非阿貝爾規(guī)范場(chǎng)－纖維叢幾何6.局限性（1）是在承認(rèn)電荷連續(xù)分布基礎(chǔ)上建立的宏觀經(jīng)典理論，未和物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來.（2）不完全對(duì)稱？不存在磁單極.18