麦克斯韦的电磁场理论ppt课件

1、麦克斯韦的电磁场实际麦克斯韦的电磁场实际靖边中学 李靖东第三章划时代的发现第三章划时代的发现伟大的丰碑伟大的丰碑接力棒接力棒从一位巨人的手中传到了另位巨人手中从一位巨人的手中传到了另位巨人手中v法拉第法拉第麦克斯韦电磁学麦克斯韦电磁学v第谷第谷开普勒天膂力学开普勒天膂力学v伽利略伽利略牛顿经典力学牛顿经典力学四种作用力之迷四种作用力之迷v库仑力电荷间作用力库仑力电荷间作用力v磁极间作用力磁极间作用力v电流元之间作用力电流元之间作用力v万有引力万有引力场和力线的新概念场和力线的新概念v超距说超距说物体间的相互吸引力的传送，是物体间的相互吸引力的传送，是不需求经过任何介质、不需求时间的。不需求经过

2、任何介质、不需求时间的。v场场磁体和电荷周围并不是空无一物，而磁体和电荷周围并不是空无一物，而是存在着一种由电荷和磁体本身产生的延续是存在着一种由电荷和磁体本身产生的延续的介质，经过这种介质传送着电磁相互作用。的介质，经过这种介质传送着电磁相互作用。 经典电磁实际的奠基经典电磁实际的奠基人人 , 气体动实际开创人之气体动实际开创人之一。提出了有旋场和位移一。提出了有旋场和位移电流的概念电流的概念 , 建立了经典建立了经典电磁实际电磁实际 (1864) , 并预言并预言了以光速传播的电磁波的了以光速传播的电磁波的存在。在气体动实际方面存在。在气体动实际方面 , 提出了气体分子按速率分提出了气体分

3、子按速率分布的统计规律。布的统计规律。麦克斯韦麦克斯韦1831-1879英国物理学家英国物理学家 在法拉第发现电磁感应定律那一年，即在法拉第发现电磁感应定律那一年，即1831年，麦年，麦克斯韦在英国的爱丁堡出生了。他从小聪明好问。父亲克斯韦在英国的爱丁堡出生了。他从小聪明好问。父亲是个机械设计师，很赏识本人儿子的人才，常带他去听是个机械设计师，很赏识本人儿子的人才，常带他去听爱丁堡皇家学会的科学讲座。十岁时送他到爱丁堡中学。爱丁堡皇家学会的科学讲座。十岁时送他到爱丁堡中学。在中学阶段，他就显示出了在数学和物理方面的才干，在中学阶段，他就显示出了在数学和物理方面的才干，十五岁那年就写了一篇关于卵

4、形线作图法的论文，被刊十五岁那年就写了一篇关于卵形线作图法的论文，被刊登在登在上。上。1847年，十六岁的麦克年，十六岁的麦克斯韦考入爱丁堡大学。斯韦考入爱丁堡大学。1850年又转入剑桥大学。他学习年又转入剑桥大学。他学习勤劳，成果优良，经著名数学家霍普金斯和斯托克斯的勤劳，成果优良，经著名数学家霍普金斯和斯托克斯的指点，很快就掌握了当时先进的数学实际。这为他以后指点，很快就掌握了当时先进的数学实际。这为他以后的开展打下了良好的根底。的开展打下了良好的根底。1854年在剑桥大学毕业后，年在剑桥大学毕业后，曾先后任亚伯丁马里夏尔学院、伦敦皇家学院和剑桥大曾先后任亚伯丁马里夏尔学院、伦敦皇家学院和

5、剑桥大学物理学教授。他的口才不行，讲课效果较差。学物理学教授。他的口才不行，讲课效果较差。 麦克斯韦在电磁学方面的奉献是总结了库仑、高麦克斯韦在电磁学方面的奉献是总结了库仑、高斯、安培、法拉第、诺埃曼、汤姆逊等人的研讨成果斯、安培、法拉第、诺埃曼、汤姆逊等人的研讨成果特别是把法拉第的力线和场的概念用数学方法加以描特别是把法拉第的力线和场的概念用数学方法加以描画、论证、推行和提升，创建了一套完好的电磁场实画、论证、推行和提升，创建了一套完好的电磁场实际。际。 麦克斯韦除了在电磁学方面的奉献外，还是分子麦克斯韦除了在电磁学方面的奉献外，还是分子运动论的奠基人之一。运动论的奠基人之一。其特点是：电场

6、、磁场各自独立存在。其特点是：电场、磁场各自独立存在。静电场静电场 静电场是由电量不随时间变化的静止静电场是由电量不随时间变化的静止电荷产生的电荷产生的;恒定磁场是由恒定的电流产生恒定磁场是由恒定的电流产生的，两种场都不随时间变化的，两种场都不随时间变化,称为称为:静态场。静态场。麦克斯韦的开展麦克斯韦的开展 变化的电场和变化的磁场相互联络变化的电场和变化的磁场相互联络,构成一个构成一个不可分割的一致体不可分割的一致体电磁场电磁场.电场和磁场只是电电场和磁场只是电磁场这个一致体的两种详细表现方式。磁场这个一致体的两种详细表现方式。变化的磁场产生电场变化的磁场产生电场v当用磁棒接近或远离闭合电路

7、时，电路中就产生当用磁棒接近或远离闭合电路时，电路中就产生感应电动势，它推进着电路各处的自在电荷构成感应电动势，它推进着电路各处的自在电荷构成电流，仿佛沿着电路有一个电场一样。电流，仿佛沿着电路有一个电场一样。NS 这个感应电动势的大小跟电路的详细构造无这个感应电动势的大小跟电路的详细构造无关，只跟磁通量的变化率有关。关，只跟磁通量的变化率有关。NS麦克斯韦的进一步推行麦克斯韦的进一步推行v假设没有实践的电路，在同样大小的空间范假设没有实践的电路，在同样大小的空间范围内也将产生同样大小的感应电动势。围内也将产生同样大小的感应电动势。NSNS变化的电场产生磁场变化的电场产生磁场 由于交变电流能使

8、电容器两极反复充放电，由于交变电流能使电容器两极反复充放电，极板上电荷量的变化，相当于导线中不断有电荷极板上电荷量的变化，相当于导线中不断有电荷在流动，导致电灯发光。在流动，导致电灯发光。v交变电流为什么能经过交变电流为什么能经过电容器呢？电容器呢？麦克斯韦引入位移电流麦克斯韦引入位移电流v把电容器充、放电过程在电路中构把电容器充、放电过程在电路中构成的电流看成有一个新的电流，叫成的电流看成有一个新的电流，叫做位移电流。做位移电流。导线中靠自在电子的运动导电，导线中靠自在电子的运动导电，电容器中靠位移电流导电。电容器中靠位移电流导电。1有旋电场感应电场有旋电场感应电场 假设：假设：麦克斯韦假设

9、麦克斯韦假设2位移电流假设：位移电流假设：变化的磁场要激发电场变化的磁场要激发电场变化的电场要激发磁场变化的电场要激发磁场电场和磁场之间存在亲密联络电场和磁场之间存在亲密联络一座伟大的丰碑一座伟大的丰碑v磁场的变化是均匀磁场的变化是均匀的，产生的电场是的，产生的电场是稳定的稳定的v磁场的变化是不均磁场的变化是不均匀的，产生的电场匀的，产生的电场是变化的是变化的v电场的变化是均匀电场的变化是均匀的，产生的磁场是的，产生的磁场是稳定的稳定的v电场的变化是不均电场的变化是不均匀的，产生的磁场匀的，产生的磁场是变化的是变化的变化的磁场能产生电场变化的磁场能产生电场变化的电场能产生磁场变化的电场能产生磁

10、场 根据麦克斯韦电磁场实际,电场和磁场将相互激发,由近及远向周围空间传播出去,构成电磁波。物理学史上三次大综合物理学史上三次大综合 v17世纪，伽利略研讨地面上物体的运动，翻开了通世纪，伽利略研讨地面上物体的运动，翻开了通向近代物理学的大门。牛顿在此根底上把地面上物向近代物理学的大门。牛顿在此根底上把地面上物体的运动和天体运动一致同来，提示了天上地下一体的运动和天体运动一致同来，提示了天上地下一切物体的普遍运动规律，建立了经典力学体系，实切物体的普遍运动规律，建立了经典力学体系，实现了物理学史上第一次大综合。现了物理学史上第一次大综合。v18世纪，经过迈尔、焦耳、卡诺、克劳修斯等人的世纪，经过

11、迈尔、焦耳、卡诺、克劳修斯等人的研讨，经典热力学和经典统计力学正式确立，从而研讨，经典热力学和经典统计力学正式确立，从而把热与能、热运动的宏观表现与微观机制一致同来，把热与能、热运动的宏观表现与微观机制一致同来，实现了物理学史上的第二次大综合。实现了物理学史上的第二次大综合。v19世纪，麦克斯韦在库仑、安培、法拉第等物理学世纪，麦克斯韦在库仑、安培、法拉第等物理学家研讨的根底上，经过深化研讨，把电、磁、光一家研讨的根底上，经过深化研讨，把电、磁、光一致同来，建立了经典电磁实际，预言了电磁波的存致同来，建立了经典电磁实际，预言了电磁波的存在，实现了物理学史上第三次大综合。在，实现了物理学史上第三

12、次大综合。ddddddddDDjISttt 在有电容器的电路中，电容器极板外表被中断在有电容器的电路中，电容器极板外表被中断的传导电流的传导电流I，可以由位移电流，可以由位移电流Id继续下去，从而构继续下去，从而构成了电流的延续性。成了电流的延续性。 位移电流：电场中某一点位移电流密度矢量位移电流：电场中某一点位移电流密度矢量 等等于该点电位移矢量对时间的变化率；经过电场中某一于该点电位移矢量对时间的变化率；经过电场中某一截面的位移电流截面的位移电流 等于经过该截面电位移通量等于经过该截面电位移通量 对时对时间的变化率，即间的变化率，即djdI 位移电流与传导电流在产生磁效应上是等效位移电流与

13、传导电流在产生磁效应上是等效的。的。(2) 产生的缘由不同：传导电流是由自在电荷运动产生的缘由不同：传导电流是由自在电荷运动 引起的，而位移电流本质上是变化的电场。引起的，而位移电流本质上是变化的电场。(3)经过导体时的效果不同：传导电流经过导体时经过导体时的效果不同：传导电流经过导体时产生焦耳热，而位移电流不产生焦耳热。产生焦耳热，而位移电流不产生焦耳热。sdIIIlHHlHd)(d)2()1(dSIII 全电全电流流 传导电流传导电流 位移电流位移电流StDSjIIlHcdddd 在磁场中沿恣意闭合回路在磁场中沿恣意闭合回路 的线积分在数值上等的线积分在数值上等于穿过以该闭合回路为边线的恣

14、意曲面的传导电流和于穿过以该闭合回路为边线的恣意曲面的传导电流和位移电流的代数和，这称为全电流安培定律，简称全位移电流的代数和，这称为全电流安培定律，简称全电流定律。电流定律。H位移电流与传导电流有什么一样和不同？位移电流与传导电流有什么一样和不同？1、一样点：传导电流和位移电流都能产生磁场； 正因如此,麦克斯韦预言电磁波的存 在，数年后1880年赫兹用实验 证明了电磁波的存在。2、不同点：1位移电流不能直接检测出来； 2位移电流没有热效应，而传导电 流有热效应。感生电场假设感生电场假设位移电流假设位移电流假设电场电场变化的磁场变化的磁场磁场磁场变化的电场变化的电场 麦克斯韦尔假设二麦克斯韦尔

15、假设二: 麦克斯韦尔假设一麦克斯韦尔假设一:1有旋电场感应电场有旋电场感应电场 假设：假设：麦克斯韦两条假设麦克斯韦两条假设2位移电流假设：位移电流假设：变化的磁场要激发电场；变化的磁场要激发电场；变化的电场要激发磁场。变化的电场要激发磁场。tDjtIDDDddStBlELdd1 1静电场的高斯定理静电场的高斯定理qdVSDVsd2 2静电场的环路定理静电场的环路定理0dlEl0dSBs4 4稳恒磁场的环路定理稳恒磁场的环路定理cSLISdjlHd 3 3稳恒磁场的高斯定理稳恒磁场的高斯定理 引入有旋电场和位移电流的概念后，适用于普通电磁场的方程组为：引入有旋电场和位移电流的概念后，适用于普通

16、电磁场的方程组为：qVSDvsddStBlEsLdd0dSBsStDjlHsLd)(d2 2麦克斯韦方程组的积分方式麦克斯韦方程组的积分方式 0dSBSVSVSDddStDjd)(SLlHdStBlESLdd变化磁场要激发电场变化磁场要激发电场变化电场要激发磁场变化电场要激发磁场三、麦克斯方程：三、麦克斯方程： 麦克斯韦方程是经典电磁实际的中心，积分方麦克斯韦方程是经典电磁实际的中心，积分方式为：式为：0sBdScsddt BElSsdqDS安培定律法拉第定律磁场延续性方程高斯定理问题问题4：麦克斯韦方程组的积分方式是怎样的？：麦克斯韦方程组的积分方式是怎样的？()csddtDHlJS由由1个

17、学生上台填写个学生上台填写上式为麦克斯韦方程式的非限定方式,适用于恣意媒质。、微分方式：()csddtDHlJStDHJ1 ) 安培定律积分式：从斯托克斯定理：从斯托克斯定理：sddHlHS所以所以法拉第定律积分式：法拉第定律积分式：从斯托克斯定理：从斯托克斯定理：csddt BElScsdd ElESBEt 所以：所以：由由2个学生推导个学生推导0sdBS磁场延续性方程：磁场延续性方程：据散度定理据散度定理,有有:sdqd DSsddBBS 高斯定理：高斯定理：据散度定理据散度定理,有有: 0B Dsdd DD麦克斯韦方程式的物理意义：麦克斯韦方程式的物理意义：v时变电场是有旋有散的，电力线可闭合也可不闭合；时变电场是有旋有散的，电力线可闭合也可不闭合；v时变磁场是有旋无散的，磁力线总是闭合的；时变磁场是有旋无散的，磁力线总是闭合的；v不闭合的电力线从正电荷到负电荷；不闭合的电力线从正电荷到负电荷；v闭合的电力线与磁力线相交链；闭合的电力线与磁力线相交链；v闭合的磁力线要么与电力线交链，要么与电流相交链。闭合的磁力线要么与电力线交链，要么与电流相交链。在无源区