高二物理竞赛磁场的能量电磁场基本方程课件

8-5磁场的能量磁场能量密度引入：电容器充电，储存电场能量当线圈中通有电流时，在其周围建立了磁场，所储存的磁能等于建立磁场过程中，电源反抗自感电动势所做的功。电场能量密度外力克服静电场力所做的功+++++++++---------+一、线圈贮存的能量——自感磁能:对于如图所示的电路电源供给的能量电源反抗自感电动势作的功(线圈存储的磁能)焦耳热自感线圈贮存的磁场二、磁场的能量以长直螺线管为例：当流有电流I时长直螺线管的磁场能量:定义磁场的能量密度:磁场所储存的总能量:积分遍及磁场存在的全空间。

例

如图同轴电缆,中间充以磁介质,芯线与圆筒上的电流大小相等、方向相反.已知

,求单位长度同轴电缆的磁能和自感.设金属芯线内的磁场可略.解由安培环路定律可求H则

单位长度壳层体积麦克斯韦（JamesClerkMaxwell1831——1879)19世纪伟大的英国物理学家、数学家。经典电磁理论的奠基人，气体动理论的创始人之一。他提出了有旋电场和位移电流概念，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。他的《电磁学通论》与牛顿时代的《自然哲学的数学原理》并驾齐驱，它是人类探索电磁规律的一个里程碑。在气体动理论方面，他还提出气体分子按速率分布的统计规律。8-6位移电流、电磁场基本方程的积分形式++++----I稳恒磁场中,安培环路定理L一、位移电流全电流安培环路定理1、问题的提出RI0lI0对于曲面S1对于曲面S2对于非稳恒电路，传导电流不连续，安培环路定理不成立。（以L为边做任意曲面

S

）非稳恒电路：2、解决问题的方法：方法1，在实验基础上，提出新概念，建立与实验事实相符合的新理论；方法2，在原有定律的基础上，根据新观察到的实验现象，提出合理的假设，对原有的定律作必要的修正，使矛盾得到解决。3、位移电流假设以电容器放电为例：电位移与电位移通量随时间的变化率dΨ/dt在数值上等于板内的传导电流；dD/dt在数值上等于板内的传导密度+++++-----IIAB麦克斯韦位移电流定义电场中某一点位移电流密度jd，等于该点的电位移矢量D对时间的变化率，通过电场中某一截面位移电流Id等于通过该截面电位移通量Ψ对时间的变化率说明：1）位移电流和传导电流一样激发磁场。2）传导电流产生焦耳热，位移电流不产生焦耳热（位移电流不产生热效应与化学效应）。+++++-----磁场强度H沿任意闭合回路的环流，等于通过此闭合回所围面积的全电流，称为全电流安培定律，简称全电流定律。4、全电流定律若电路中同时存在传导电流Ic与位移电流Id，定义全电流安培环路定理可修正为＊全电流具有连续性

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计算得代入数据计算得*二、麦克斯韦方程组1、静电场与稳恒电流磁场规律静电场的高斯定理静电场的环流定理磁场的高斯定理安培环路定理1.电场的高斯定理2.磁场的高斯定理静电场是有源场、感应电场是涡旋场传导电流、位移电流产生的磁场都是无源场2、麦克斯韦假设——涡旋电场与位移电流3.电场的环路定理——法拉第电磁感应定律4.全电流安培环路定理静电场是保守场，变化磁场可以激发涡旋电场传导电流和变化电场可以激发涡旋磁场四个方程称为麦克斯韦方程组的积分形式.麦克斯韦方程组能完全描述电磁场的动力学过程◆麦克斯韦方程组的积分形式各向同性介质中，介质方程四、麦克斯韦方程组的微分形式小结磁场的能量线圈