南方医科大学大学物理李贞姬ch76lzj

1、 基本要求基本要求1.理解位移电流的概念及其物理本质 明确变化的电场可以产生磁场2.理解安培环路定理的一般形式3.理解麦克斯韦方程组的积分形式麦克斯韦麦克斯韦（james clerk maxwell 1831-1879james clerk maxwell 1831-1879) ) 麦克斯韦是19世纪伟大的英国物理学家、数学家。2. 预言电磁波的存在1. 完善了宏观的电磁场理论麦克斯韦的贡献麦克斯韦的贡献sstbd由电磁感应定律知，感生电场与变化磁场之间的关系由电磁感应定律知，感生电场与变化磁场之间的关系liled1. 1. 感生电场感生电场（induced electric field)变化

2、磁场变化磁场产生产生 ( (涡旋涡旋) ) 电场电场tb电磁感应定律的实质：电磁感应定律的实质：问题问题1一一. .问题的提出问题的提出产生磁场产生磁场?te变化电场变化电场在仅考虑磁场随在仅考虑磁场随时间变化，时间变化，导线不动的条件下导线不动的条件下7-6 位移电流位移电流 电磁场理论电磁场理论 ( displacement current )如何解决矛盾如何解决矛盾? ?原因是传导电流在两个极板之间中断了原因是传导电流在两个极板之间中断了问题问题2lsisdjlhd1s2slir1s2slir对稳恒电流对稳恒电流对对s1面面对对s2面面lsdsjlh0d矛矛盾盾稳恒磁场的安培环路定理已稳

3、恒磁场的安培环路定理已不适用于非稳恒电流的电路不适用于非稳恒电流的电路2. 2. 安培环路定理安培环路定理对非稳恒电流对非稳恒电流 lsisdjlhd思考：思考： 安培环路定律是恒定情形下的特殊规律，应予安培环路定律是恒定情形下的特殊规律，应予 以修正以修正假设：假设： 电容器内存在一个称为电容器内存在一个称为位移电流位移电流的物理量，与的物理量，与 变化的电场有关变化的电场有关假设：假设： 位移电流与传导电流一样产生磁效应位移电流与传导电流一样产生磁效应qsdds根据根据0sdtsdj位移电流与传导电流共同构成连续的位移电流与传导电流共同构成连续的闭合闭合电流电流位移电流与传导电流一样产生磁

4、效应，安培环路定律修改为位移电流与传导电流一样产生磁效应，安培环路定律修改为sjjlhdd)(d sltdjdjrdj0d)( d ssjj二二. .位移电流位移电流 ( displacement current )tqsjs d全电流定律全电流定律stdjlhsld)(d 三三. .位移电流、传导电流的比较位移电流、传导电流的比较1. 1. 共同点共同点 具有电流的磁效应具有电流的磁效应2. 2. 不同点不同点(1) (1) 产生机理不同产生机理不同(2) (2) 存在条件不同存在条件不同传导电流传导电流存在于导体中、介质中存在于导体中、介质中位移电流存在于真空中、导体中、介质中位移电流存在

5、于真空中、导体中、介质中(3) (3) 位移电流没有热效应，传导电流产生焦耳热位移电流没有热效应，传导电流产生焦耳热位移电流的实质：位移电流的实质：变化电场变化电场产生变化磁场产生变化磁场te例例 设平行板电容器极板为圆板，设平行板电容器极板为圆板，半径为半径为r ，两极板间距为，两极板间距为d , 用缓变电流用缓变电流 ic 对电容器充电对电容器充电cir1p2pdi求求 p1 , ,p2 点处的磁感应强度点处的磁感应强度3p1r2r解解 任一时刻极板间的电位移任一时刻极板间的电位移d 极板间任一点的位移电流密度极板间任一点的位移电流密度tdjdt 21ritqsc由全电流安培环路定理由全电

6、流安培环路定理slcstdilhdd1p2pcirh12102ribc22 rh2202rribcdjr22qsdsd静静态场态场0dllelsstbldde涡旋电场涡旋电场ssd0d 四四. .麦克斯韦方程组的积分式麦克斯韦方程组的积分式 (maxwell equations) 0dssbslsdjlhd稳恒电流稳恒电流磁场磁场ssb0dslstdlhdd位移电流位移电流磁场磁场stdjlhsld)(d stblesldd 0d ssbqs d sd全电流定律全电流定律电磁感应定律电磁感应定律磁通连续性原理磁通连续性原理高斯定理高斯定理麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组无源区时变电磁场是有旋无散的

7、。电场线与磁场线相互无源区时变电磁场是有旋无散的。电场线与磁场线相互交链，自行闭合，从而在空间形成交链，自行闭合，从而在空间形成电磁波。电磁波。debhej 麦克斯韦方程的辅助方程麦克斯韦方程的辅助方程 电荷守恒定律电荷守恒定律)(bveqfbjebvef)(（时变电磁场）（时变电磁场） 洛伦兹力洛伦兹力洛伦兹力洛伦兹力公式公式各向同性线性介质各向同性线性介质状态方程状态方程tqsjs d 麦克斯韦方程是通过把个别的、特殊的麦克斯韦方程是通过把个别的、特殊的规律，推广到一般情况而建立的，推广规律，推广到一般情况而建立的，推广过程包含了一些假设，其正确性被后来过程包含了一些假设，其正确性被后来的

8、科学实验所证实。的科学实验所证实。麦克斯韦方程麦克斯韦方程连同连同电荷守恒定律电荷守恒定律和和洛仑兹力公式洛仑兹力公式这三大假这三大假设最终成为人们普遍接受的科学理论。设最终成为人们普遍接受的科学理论。2.2. 麦克斯韦电磁理论在微观区域里不完全适麦克斯韦电磁理论在微观区域里不完全适 用，它可以看作是量子电动力学在某些特用，它可以看作是量子电动力学在某些特 殊条件下的近似规律。殊条件下的近似规律。1. 1. 麦克斯韦方程可用于高速领域。麦克斯韦方程可用于高速领域。麦克斯韦电磁场理论的局限性麦克斯韦电磁场理论的局限性电磁场的动量和能量满足相对论关系电磁场的动量和能量满足相对论关系; ;smco/

9、103180* * 电磁场在真空中的传播速度，就是光速，电磁场在真空中的传播速度，就是光速，光就是电磁光就是电磁波。波。* * 电磁场具有能量密度电磁场具有能量密度 )(21hbdew* * 电磁场具有质量密度电磁场具有质量密度 2cw相对论质能关系相对论质能关系五五. .电磁场的物质性电磁场的物质性1. 1. 电磁场的物质性电磁场的物质性ccwp2电磁场具有统一性，相对性。具有能量、质量、动量电磁场具有统一性，相对性。具有能量、质量、动量等等物质的一切重要属性，物质的一切重要属性，它是物质的一种形态。它是物质的一种形态。* * 电磁场具有动量密度电磁场具有动量密度( (单位体积内的动量单位体

10、积内的动量) )，对于平面电磁，对于平面电磁波波1920年列别捷夫的光压实验证明电磁场与实物间有动量传递，并满足守恒定律a a 电磁场以波的形式在空间传播，而以粒子电磁场以波的形式在空间传播，而以粒子( (光子光子) )的形式的形式和实物相互作用。光子没有静止质量，而电子、质子、和实物相互作用。光子没有静止质量，而电子、质子、中子等基本粒子却具有静止质量。中子等基本粒子却具有静止质量。2. 2. 电磁场和实物物质的不同电磁场和实物物质的不同 b b 实物可以以任意的速度实物可以以任意的速度( (但不大于光速但不大于光速) )在空间运动在空间运动, ,其其 速度相对于不同的参考系也不同速度相对于不同的参考系也不同, ,但电磁场在真空中运但电磁场在真空中运 动的速度永远是动的速度永远是 ，并且其传播速度在任何，并且其传播速度在任何 参考系中都相同。参考系中都相同。sm/1038c c 一个实物的微粒所占据的空间不能同时为另一个微粒所一个实物的微粒所占据的空间不能同时为另一个微粒所 占据，但几个电磁场可以相互叠加，可以同时占据同一占据，但几个电磁场可以相互叠加，可以同时占据同一 空间。空间。 实物和场都是物质存在的