7第八章麦克斯韦电磁理论和电磁波(1)20pages.ppt

1、第八章 麦克斯韦电磁理论和电磁波 作业：P799 2 P835 5 !,2 电磁波,3 电磁场的能流密度与动量,1 麦克斯韦电磁理论,(1)稳恒电场：场方程,(2)稳恒磁场：场方程,静电场、静磁场相互无联系。何以见得？,1、稳恒场,1 麦克斯韦电磁理论,一、总结与回顾,2、时变场,法拉第电磁感应定律，,(1) 变化的电场,(2) 变化的磁场,是否适用于变化电场中？,？,S不变,否则，电流形式又如何？,？,？,总结： 时变电磁场方程,位移电流 全电流,二、 位移电流 全电流（重点）,导言：稳恒电流（稳态磁场）条件下，电 流连续。 1、时变条件下，安培环路定理中电流出现的问题,RC电路,0 S3面

2、,电流连续,电流不连续,分析： (1)环路积分值应唯一 (2)定理应该普适 稳态安培环路定理需要修正,LR 电路,应将电流概念推广，寻找非稳恒电路中的广义电流，使之具有连续性质。,问题： 出在电流不连续，电流线不闭合,解决方法,如何寻找 在问题出现处寻找 ！,寻找：t时刻，平行板电容器电极板间有哪些物理量？,分析各量的量纲,麦克斯韦定义：位移电流 displacement current,2、非稳恒电路中广义电流,通过某个面积的位移电流就 是通过该面积的电位移通量 对时间的变化率,位移电流文字定义,引入位移电流后，电流连续？,位移电流强度与位移电流密度的关系,位移电流密度,在如下图所示的闭合曲

3、面 上，应用电荷守恒定律 和高斯定理,引入全电流密度,将高斯定理两端 对时间求导,3、广义电流的连续性,全电流,全电流 连续,4、全电流连续方程,S2,I,I,真空中的位移电流,介质中的位移电流,位移电流意义,与传导电流 无关,变化的电场,三、 全电流环路定理,由全电流的连续性可知，通过以闭合曲线L为边线的任意 曲面的全电流强度相等。 麦克斯韦提出：在非稳恒情况下，磁场强度沿任意闭 合曲线L的线积分（环量）满足下式,位移电流、传导电流的异同点,（2）不同点 传导电流能产生焦耳热，而位移电流的 本质是变化的电场，不是由自由电荷运 动产生，不产焦耳热。,S2,I,I,（3）全电流连续性的具体分析,

4、S1,全电流连续,四、 位移电流产生磁场的讨论,（a)传导、位移电流以相同方式产生磁场,(b)两种变化电场,元位移电流在P点的磁场=0,整体位移电流 在P点的磁场=0 （无旋场变化，能否真正存在？）,无旋 时变 电场 的磁场,有旋 电场,等同电流环 产生的磁场B0,例,电荷 +q 以速度 v 向O点运动。在O点处作一半径为 a 的圆，圆面与速度方向垂直。,求 通过该圆面的位移电流和圆周上各点处的磁感应强度。,解,在任一时刻，穿过圆面的电位移通量,由全电流安培环路定理,低速运动电荷的磁场,h,五、麦克斯韦方程组,1、Maxwell四个方程的积分式及意义,Maxwell引入“涡旋电场”、“位移电流

5、”后，可将电场、磁场的闭和线积分（环流）方程推广至时变，而另外两个闭和曲面积分（通量）方程在时变场中与实验不矛盾，可直接推广至时变场。由此， Maxwell在前人工作基础之上，总结概括形成了Maxwell电磁理论体系。,Maxwell的 4、3、2、1 四个方程、三个关系、两个假说、一个预言（电磁波）,Maxwell方程组是经典电磁理论的基础。物理意义如下：,（1）式：静电场是有场源； （2）式：电荷能激发电场，变化的磁场也能激发电场； （3）式：磁场是无源场，磁感应线闭合，自由磁荷不存在； （4）式：传导电流能激发磁场，变化的电场也能激发磁场。,1、Maxwell四个方程的积分式及意义 Maxwell的 4,第二、第四式告知我们：变化的电场