磁场和它源位移电流实用教案

1、1非稳定情况下，安培(npi)环路定律是否成立？ +-I在电路中有电容器充电和放电时的电路，不论(bln)充电或放电，在同一时刻通过电路中导体上任何截面的电流都相等。但是这种在金属导体中的传导电流不能在电容器的两极板之间的真空(zhnkng)或电介质中流动，因而对整个电路说来，传导电流是不连续的第1页/共25页第一页，共26页。2+-IL1S2S在传导电流不连续的情况中，将安培(npi)环路定理应用同一个闭合回路C为边线的不同曲面时，对S1面就得到IrdBC0如果取S2(穿过(chun u)电容器的两极板之间)面则得到0CrdB第2页/共25页第二页，共26页。3tStStqIddd)(ddd

2、ctJddcDttDdddd+-ItDddDcjIABcjtDJddc由上式看出， 和 相等，单位相同cJtDdd 麦克斯韦假设 电场(din chng)中某一点位移电流密度等于该点电位移矢量对时间的变化率.第3页/共25页第三页，共26页。4 位移电流 tstDsJISSddddDddtDJd 位移电流密度 通过电场中某一截面的位移电流等于(dngy)通过该截面电位移通量对时间的变化率.+-dIcI第4页/共25页第四页，共26页。5全电流在任何(rnh)情况下都是连续的+-dIcI 全电流(dinli)：传导电流(dinli)与位移电流(dinli)合在一起dcsIII第5页/共25页第五

3、页，共26页。6IIC EDj1S2SABERII EDjABR在传导电流(dinli)中断或部分中断的地方，由位移电流(dinli)进行接续。全电流(dinli)是连续的。极板上电量的变化(binhu)联结了导线中的电流，而极板间变化(binhu)的电场又联结了极板上电荷量的变化(binhu)，电路中的电流借助于电容器内的电场变化(binhu)仍可视为连续的。第6页/共25页第六页，共26页。7非稳恒电流磁场的安培环路(hun l)定理SScdcCSdtDSdJIIrdB000)(传导电流和位移电流在激发磁场方面等效可见，磁场的环流不仅与环路内的传导电流有关，同时也与环路曲面的电位移通量有关

4、。在随时间变化的磁场中，不仅传导电流是磁场涡旋(w xun)的中心，而且存在电场变化的地方也是磁场涡旋(w xun)的中心。第7页/共25页第七页，共26页。8 电流(dinli) 变化电场涡旋(w xun)磁场变化(binhu)的电场激发磁场第8页/共25页第八页，共26页。9传导电流(chun do din li)与位移电流的不同： 1）传导电流和自由电荷的运动(yndng)相当，位移电流在真空中则与电场的变化相当，根本没有电荷在运动(yndng)。 2）介质(jizh)中的位移电流不产生焦耳热。 3）传导电流仅能在导体中存在，位移电流可在导体、电介质以及真空中存在。 第9页/共25页第九

5、页，共26页。10RcIPQQcI* 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 . cm0 . 3RA5 . 2ddctQIcm0 . 2rP第10页/共25页第十页，共26页。11tQRrtIdddd22DdQRrD22D)(2rDD 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rRcIPQQcI*r第11页/共25页第十一页，共26页。12d0dc0)(dIIIrBltQRrrBdd) 2(220tQRrBdd 220T1011. 15BA1

6、. 1dI代入数据计算得RcIPQQcI*r第12页/共25页第十二页，共26页。13例2 研究圆板形平行(pngxng)板电容器在充电或放电过程中，磁场与传导电流、位移电流的关系（忽略边缘效应）。解：设在充电过程中，某一时刻(shk)极板上的电量为q0，其面密度200aqneaqE020nCndeIaedtdqatEJ202011cddIJaI2dJCICI第13页/共25页第十三页，共26页。14区域(qy)1：只存在位移电流dJrCdCIrBrdB02)(arraIraIrJrBccd20202012221区域1区域2区域4区域2区域31B1B2B2B3B3B4B4B第14页/共25页第

7、十四页，共26页。15区域(qy)2：无传导电流CdJ)(arIrIrBcd0022121区域(qy)3、4：只存在传导电流cJCCIrBB04321区域1区域2区域4区域2区域31B1B2B2B3B3B4B4B第15页/共25页第十五页，共26页。16应该指出，虽然在上述计算中只用了极板间的位移电流，然而它是导线中传导电流的延续。板外导线中的传导电流和极板间的位移电流所构成的连续(linx)的全电流，相当于一个长直导线激发一轴对称分布的磁场，故所得B 的实际上就是这样的全电流激发的总磁场，并不是单由极板之间的位移电流所激发的第16页/共25页第十六页，共26页。17练习1.1.一平行板电容器

8、的两极板都是半径为r r的圆形导体(dot)(dot)片. .在充电时, ,板间电场强度的变化率为 ， 略去边缘效应, ,两板间的位移电流为 tEddtErdd20tEdd0tErdd20tErdd402A.B.D.C.第17页/共25页第十七页，共26页。18练习2.2.下列那种情况位移电流为零(A) (A) 电流不随时间变化;B) ;B) 电场(din chng)(din chng)随时间变化; ;(C) (C) 交流电路; (D) ; (D) 在接通直流电路的瞬时. . 练习3.3.一对(y du)(y du)巨大的圆形极板电容器, ,电容为C,C,加上交流电压U=Umsint,U=Um

9、sint,则极板间位移电流Id= . Id= . 第18页/共25页第十八页，共26页。19练习4.4.平行板电容器, ,从q =0q =0开始充电. .试在图中画出充电过程(guchng)(guchng)中, ,极板间某点P P处电场强度的方向和磁感应强度的方向第19页/共25页第十九页，共26页。20练习(linx)5.(linx)5.如图, ,平行板电容器（忽略边缘效应）. .充电时, ,沿回路L1L1、L2L2磁场强度B B的环流中, ,必有 21ddLLlBlBA.B.C.D.21ddLLlBlB0d1LlB21ddLLlBlB第20页/共25页第二十页，共26页。21练习1.1.一

10、平行板电容器的两极(lingj)(lingj)板都是半径为r r的圆形导体片. .在充电时, ,板间电场强度的变化率为 ， 略去边缘效应, ,两板间的位移电流为 tEddtErdd20tEdd0tErdd20tErdd402A.B.D.C. AdtdErdtEdSdtDSddtdIDd200)()(第21页/共25页第二十一页，共26页。22练习2.2.下列那种情况位移电流为零(A) (A) 电流不随时间变化(binhu);B) (binhu);B) 电场随时间变化(binhu);(binhu);(C) (C) 交流电路; (D) ; (D) 在接通直流电路的瞬时. . A 练习3.3.一对(

11、y du)(y du)巨大的圆形极板电容器, ,电容为C,C,加上交流电压U=Umsint,U=Umsint,则极板间位移电流Id= . Id= . tCUmcosdtdUCdtdqICUqUqC,第22页/共25页第二十二页，共26页。23练习4.4.平行(pngxng)(pngxng)板电容器, ,从q =0q =0开始充电. .试在图中画出充电过程中, ,极板间某点P P处电场强度的方向和磁感应强度的方向EPEP竖直(sh zh)(sh zh)向下；BPBP垂直于纸面向(min xin)(min xin)里. .第23页/共25页第二十三页，共26页。24练习5.5.如图, ,平行板电容器（忽略(hl)(hl)边缘效应）. .充电时, ,沿回路L1L1、L2L2磁场强度B B的环流中, ,必有 21ddLLlBlBA.B.C.D.21ddLLlBlB0d1LlB21ddLLlBlB SdtEIl dBcC000 C第24页/共25页第二十四页，共26页。25谢谢您的观看(gunkn)！第25页/共25页第二十五页，共26页。NoImage内容(nirng)总结1。在传导电流不连续的情况中，将安培环路定理应用同一个闭合回路C为边线的不同曲面