大学物理麦克斯韦电磁场理论.ppt

8 5麦克斯韦电磁场方程组 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 他提出了涡旋场和位移电流的概念 建立了经典电磁理论 并预言了以光速传播的电磁波的存在 在气体动理论方面 他还提出了气体分子按速率分布的统计规律 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 涡旋电场 和 位移电流 两个假说 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动力学的基础 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 8 5麦克斯韦电磁场方程组 一 位移电流全电流安培环路定理 问题的提出 稳恒磁场的安培环路定理 非稳恒情况如何 非稳恒情况举例 电容器充电过程 说明 将安培环路定理推广到非稳恒电流情况时需要进行补充和修正 麦克斯韦提出 位移电流 假说 出现矛盾的原因 非稳恒情况下传导电流不连续 取回路L 作以L为边界的曲面 表明 在非稳恒磁场中 对同一回路应用安培环路定理出现矛盾的结果 即不再成立了 传导电流 导线内 寻找传导电流与极板间变化电场之间的关系 解决问题思路 如图 电容器充电过程 电容器两极板之间 无电荷流动 传导电流 对整个电路 不连续 极板间电场 由高斯定理可知 注 可认为存在于极板间 没有穿过S1 由此可得 若以 某种电流密度 则 在电容器极板间的某种电流 若以代替在两板间中断的传导电流 则可以解决非稳恒情况电流不连续的问题 从而解决安培环路定律不适用于非稳恒情况 这样安培环路定律可以推广到任意情况下 麦克斯韦位移电流假说 并假设位移电流和传导电流一样 也会在其周围空间激起磁场 这样 非稳恒情况下极板间中断了的传导电流 由位移电流继续下去 两者一起构成电流的连续性 位移电流密度 位移电流 安培环路定理的推广 全电流 推广的安培环路定理 对 对 不矛盾 磁场强度沿任意闭合回路的环流等于穿过此闭合回路所围曲面的全电流 全电流安培环路定理 传导电流与位移电流的比较 起源 特点 共同点 传导电流Ic 位移电流Id 例1有一圆形平行平板电容器 现对其充电 使电路上的传导电流 若略去边缘效应 求 1 两极板间的位移电流 2 两极板间离开轴线的距离为的点处的磁感强度 解如图作一半径为平行于极板的圆形回路 通过此圆面积的电位移通量为 8 5麦克斯韦电磁场方程组 计算得 代入数据计算得 8 5麦克斯韦电磁场方程组 三电磁场麦克斯韦电磁场方程的积分形式 磁场高斯定理 安培环路定理 静电场环流定理 静电场高斯定理 8 5麦克斯韦电磁场方程组 麦克斯韦方程组 静电场是有源场 变化的磁场产生变化的电场 磁场是无源场 变化的电场产生变化的磁场 8 5麦克斯韦电磁场方程组 麦克斯韦方程组加上描述物质性质的三个方程构成了一套完备的方程组 它全面总结了宏观电磁场的规律 原则上可以解决宏观电磁场的全部问题 8 5麦克斯韦电磁场方程组 描述物质性质的三个方程 8 5麦克斯韦电磁场方程组 电场和磁场的本质及内在联系 四电磁波 变化的电磁场在空间以一定的速度传播就形成电磁波 1 电磁波的产生 8 5麦克斯韦电磁场方程组 不同时刻振荡电偶极子附近的电场线 振荡电偶极子附近的电磁场线 8 5麦克斯韦电磁场方程组 8 5麦克斯韦电磁场方程组 2 电磁波的特性 1 电磁波是横波 2 和同相位 3 和数值成比例 4 电磁波传播速度 真空中波速等于光速 8 5麦克斯韦电磁场方程组 平面电磁波 8 5麦克斯韦电磁场方程组 3 电磁波的能量 辐射能 以电磁波的形式传播出去的能量 电磁波的能流密度 电磁场能量密度 电磁波的能流密度 坡印廷 矢量 又 8