大學(xué)物理課件麥克斯韋方程組.ppt

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1、第十五章電磁場(chǎng)和麥克斯韋方程組第一節(jié)位移電流一．穩(wěn)恒電磁場(chǎng)的基本規(guī)律(1)電場(chǎng)的高斯定理(2)電場(chǎng)的環(huán)路定理(3)磁場(chǎng)的高斯定理(4)磁場(chǎng)的安培環(huán)路定理問(wèn)題:以上規(guī)律對(duì)于非穩(wěn)恒情況是否成立?二、位移電流1電流的連續(xù)性問(wèn)題(1)閉合的電流回路(2)非閉合的電流回路(3)問(wèn)題分析對(duì)以上兩種情況分析可以看出：安培環(huán)路定理對(duì)于穩(wěn)恒電流情況是成立的，而對(duì)于非穩(wěn)恒電流情況，如電容器的充電回路，則不成立。矛盾出現(xiàn)的原因是電流不連續(xù)，是斷開的。1861年末,麥克斯韋為了把安培環(huán)路定理推廣到非穩(wěn)恒電流的情況，又提出了另一個(gè)重要的假設(shè):在電容器充電時(shí),“電容器內(nèi)變化的電場(chǎng)也象電流

2、一樣會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)”。因而可以將變化的電場(chǎng)作一種電流,稱為位移電流。把位移電流也作為電流，安培環(huán)路定理就沒有矛盾了。2位移電流當(dāng)電容器充電時(shí),電荷增加根據(jù)電荷守恒定律，是極板上的電荷面密度。電容器極板之間的電位移通量對(duì)時(shí)間的變化率和傳導(dǎo)電流的大小相等，可以作為電流對(duì)待。位移電流的定義：傳導(dǎo)電流位移電流對(duì)于任意曲面S，有位移電流密度的定義：cI++++q+Dσσ+qcIDt??cI++++q+Dσσ+qcIDt??位移電流的方向和傳導(dǎo)電流是否相同？與的方向相反,與方向相同充電時(shí)：qσD與的方向相同,與方向相同qσD放電時(shí)：注意：傳導(dǎo)電流I等于位移電流Id（電流連續(xù)性

3、原理）I=Id2.位移電流Id=jdS大小:方向(1)和外電流同向(2)與增加方向相同3.位移電流(變化電場(chǎng))產(chǎn)生磁場(chǎng)----(兩者關(guān)系)右手定則三、安培環(huán)路定理的普遍形式1.全電流右圖中，S1面只有I傳，S2面只有I位，為保證電流的連續(xù)性，將兩者之和稱為全電流。，其連續(xù)性方程為：2.全電流安培環(huán)路定律根據(jù)麥克斯韋理論，傳導(dǎo)電流和位移電流在激發(fā)磁場(chǎng)方面是完全等效的，因而可將穩(wěn)恒情況下的安培環(huán)路定理向非穩(wěn)恒情況下推廣：HtD??上式為推廣后的安培環(huán)路定理。3.位移電流與傳導(dǎo)電流的比較:（1）二者唯一共同點(diǎn)僅在于都可以在空間激發(fā)磁場(chǎng)。（2）位移電流的本質(zhì)是變化著的

4、電場(chǎng)，而傳導(dǎo)電流則是自由電荷的定向運(yùn)動(dòng)；（3）傳導(dǎo)電流在通過(guò)導(dǎo)體時(shí)會(huì)產(chǎn)生焦耳熱，而位移電流則不會(huì)產(chǎn)生焦耳熱；（4）位移電流也即變化著的電場(chǎng)可以存在于真空、導(dǎo)體、電介質(zhì)中，而傳導(dǎo)電流只能存在于導(dǎo)體中。例題：半徑為R=0.1m的兩塊圓形平板電容器,兩板間距為d<

5、：同理,第二節(jié)麥克斯韋方程組靜電場(chǎng)靜磁場(chǎng)變化磁場(chǎng)可以激發(fā)渦旋電場(chǎng)；變化電場(chǎng)可以激發(fā)渦旋磁場(chǎng)。電場(chǎng)和磁場(chǎng)不可分割，稱為電磁場(chǎng)。麥克斯韋提出的渦旋電場(chǎng)和位移電流假說(shuō)：一、前人的成就和麥克斯韋的重要假說(shuō)二、麥克斯韋電磁場(chǎng)方程的積分形式說(shuō)明只要空間有電荷，該點(diǎn)附近就一定有電場(chǎng)存在，另一方面表明D線起源于正的自由電荷，終止于負(fù)的自由電荷。注意：為靜止電荷產(chǎn)生的靜電場(chǎng)為變化磁場(chǎng)產(chǎn)生的感生電場(chǎng)+-不僅反映了變化的磁場(chǎng)可以激發(fā)電場(chǎng)的規(guī)律，而且把穩(wěn)恒的情況也包括在內(nèi)。靜止電荷產(chǎn)生的靜電場(chǎng)變化磁場(chǎng)產(chǎn)生的感生電場(chǎng)注意：+-LL表明任何磁場(chǎng)都是無(wú)源的渦旋場(chǎng)，B線是無(wú)頭無(wú)尾的閉合曲線。

6、傳導(dǎo)電流的磁場(chǎng)位移電流的磁場(chǎng)注意：它一方面說(shuō)明了傳導(dǎo)電流能激發(fā)磁場(chǎng)，另一方面說(shuō)明了變化的電場(chǎng)也能激發(fā)磁場(chǎng)。注意：傳導(dǎo)電流的磁場(chǎng)位移電流的磁場(chǎng)LL第三節(jié)電磁波一、電磁波的產(chǎn)生根據(jù)麥克斯韋電磁電磁理論，變化的磁場(chǎng)可以在其周圍空間激發(fā)渦旋電場(chǎng)；變化電場(chǎng)可以在其周圍空間激發(fā)渦旋磁場(chǎng)。如果變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互激發(fā)，則閉合的渦旋電場(chǎng)線和渦旋磁場(chǎng)線會(huì)一環(huán)套一環(huán)，由近及遠(yuǎn)向外傳播，這種變化的電磁場(chǎng)在空間的傳播就稱為電磁波。二、電磁波的基本性質(zhì)1.電磁波是橫波電磁波的電矢量和磁矢量均與傳播方向垂直，設(shè)電磁波沿直角坐標(biāo)系的Z軸正方向傳播，則有：為Z軸方向的單位矢量2.電矢量和磁矢

7、量互相垂直、和三個(gè)矢量之間滿足右手螺旋關(guān)系。3.同一點(diǎn)的E與H成正比4.電磁波的傳播速度真空中:介質(zhì)中:真空中：介質(zhì)中：三、電磁場(chǎng)的物質(zhì)性1.電磁波的能量坡印亭矢量(1)電磁波的能量密度在空間某點(diǎn)處,電磁場(chǎng)的能量密度（單位體積內(nèi)電磁場(chǎng)的能量）為電磁場(chǎng)具有一切物質(zhì)的基本特性，如能量、質(zhì)量和動(dòng)量等。(2)電磁波的能流密度矢量電磁波的能流密度矢量(也稱為坡印亭矢量)大?。?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于傳播方向的單位面積的能量;方向：電磁波的傳播方向。證明：寫成矢量即：3.電磁波的動(dòng)量單位體積內(nèi)電磁波的動(dòng)量為：電磁波射到一個(gè)物體的表面上時(shí)會(huì)對(duì)表面產(chǎn)生壓力。稱為光壓，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)

8、精確地測(cè)出。2.電磁波的質(zhì)量根據(jù)狹義相