电磁场理论的基本概念.ppt

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1、,一.问题的提出,对稳恒电流,对S1面,对S2面,矛盾,稳恒磁场的安培环路定理已不适用于非稳恒电流的电路,14-1 位移电流 全电流定理,变化磁场,产生涡旋电场,变化电场,产生磁场,？,电位移通量（p82,p85),二.位移电流假设,非稳恒电路中，在传导电流中断处必发生电荷分布的变化,极板上电荷时间的变化率等于传导电流,电荷分布的变化必引起电场的变化,电位移通量的变化率也等于传导电流强度,位移电流(麦克斯维认为就产生磁场方面而言，变化的电场与一电流等效。即位移电流),一般情况位移电流,麦克斯韦（1831-1879）英国物理学家.经典电磁理论的奠基人,气体动理论创始人之一,1865 年麦克斯韦在

2、总结前人工作的基础 上，提出完整的电磁场理论，他的主要贡献是提出了“有旋电场”和“位移电流”两个假设，从而预言了电磁波的存在，并计算出电磁波的速度（即光速）.,1888 年赫兹的实验证实了他的预言,麦克斯韦理论奠定了经典电磁学的基础，为无线电技术和现代电子通讯技术发展开辟了广阔前景.,(真空中),卡文迪许实验室,卡文迪许实验室是英国剑桥大学的物理实验室。到现在以有二十余位位科学家从卡文迪许实验室出身而诺贝尔奖获,位移电流与传导电流连接起来恰好构成连续的闭合电流,麦克斯韦提出全电流的概念,在普遍情形下，全电流在空间永远是连续不中断的，并且构成闭合回路,麦克斯韦将安培环路定理推广如下：,位移电流

3、密度,上式即为 全电流安培环路定理,麦克斯韦将安培环路定理推广,（1）若传导电流为零,上式即为：变化电场产生磁场的数学表达式,三.位移电流、传导电流的比较,1.位移电流具有磁效应,与传导电流相同,2.位移电流与传导电流不同之处,(1)产生机理不同,(2)存在条件不同,位移电流可以存在于真空中、导体中、介质中,3.位移电流没有热效应，传导电流产生焦耳热,例题：平行板电容器，半径为R，用长直电流给它充电，使极板间电场变化率为，求：距极板中心为 r 远处的磁感强度.,解：由场的对称性知，场线为一系列同心圆，在半径为 r 的园周上，H 相等，由全电流定律,因为传导电流为零，所以：,（1）当rR,有：,

4、（2）当rR,有：,因为：,（3）讨论：B线为一些同心园；Br曲线如右图：位移电流密度大小为：,因为：,例,设平行板电容器极板为圆板，半径为R，两极板间距为d，用缓变电流 IC 对电容器充电,解,任一时刻极板间的电场,极板间任一点的位移电流密度：,求 P1,P2 点处的磁感应强度,由全电流安培环路定理,142 麦克斯韦方程的积分形式,一）麦克斯韦电磁理论要点,1）除静止的电荷要产生无旋电场外，变化的磁场将要 激发一个涡旋的电场；,2）变化的电场和传导电流一样也要激发涡旋的磁场；,3）变化的电场和变化的磁场，它们相互激发、相互依存，实为一个整体，组成统一的电磁场。,二）麦克斯韦方程的积分形式,麦

5、克斯韦方程组是从电磁现象的试验定律加以总结和推广而得的，这些定律是：法拉第电磁感应定律；安培环路定律；静电场中和静磁场中的高斯定律。,静 场,变化的场,总场,法拉第电磁感应定律,（1）法拉第电磁感应定律的推广,电场的环路定理,物理意义：静电场是保守场，变化磁场可以激发涡旋电场,（2）全电流安培环路定理,物理意义：传导电流和（位移电流）变化电场可以激发涡旋磁场,安培环路全电流定理,静磁场,变化的磁场,总场,(Hd 为 Id 产生的涡旋磁场）,左旋,右旋,对 称 美,涡旋电场和位移电流产生的磁场的方向判定,静电场,变化的电场,总场,电场的高斯定律,（3）电场的高斯定理,物理意义：静电场是有源场、感

6、应电场是涡旋场,（4）磁场的高斯定理,物理意义：传导电流、位移电流产生的磁场都是无源场,磁场的高斯定律,静磁场,变化的磁场,总场,1.电场的高斯定理,2.磁场的高斯定理,物理意义：静电场是有源场、感应电场是涡旋场,物理意义：传导电流、位移电流产生的磁场都是无源场,三：麦克斯韦方程组的积分形式总结,电场的环路定理,3.法拉第电磁感应定律,4.全电流安培环路定理,物理意义：静电场是保守场，变化磁场可以激发涡旋电场,物理意义：传导电流和变化电场可以激发涡旋磁场,Maxwell方程的科学价值,1）它完整地反映和概括了电磁场的运动规律，能推断和解释一切电磁现象，且逻辑体系严密，数学形式简洁。,2）它预言

7、了光的电磁本性，将光学和电磁学统一起来。,3）电磁场是最简单的规范场，蕴藏着完美的对称结构-时空对称、电磁对称-为相对论的产生提供了邹形。,4）它在技术上的应用促进了电子技术和生产力的高度发展，可以说近代一切电报、无线电、雷达、电视、电子计算机等都只不过是麦克斯韦方程的应用而已.,麦克斯韦电磁场理论是物理学上一次重大的突破,预言了电磁波的存在。,爱因斯坦在一次纪念麦克斯韦的诞辰时所说:“这是牛顿以来物理学上经历的最深刻和最有成果的一次变革.”,例:半径为R,相距 l(lR)的圆形空气平板电容器,两端加上交变电压U=U0sint,求电容器极板间的:,(1)位移电流;,(2)位移电流密度 Jd 的大小;,(3)位移电流激发的磁场分布B(r),r 为圆板的中心距离.,解：(1)由于l R,故平板间可作匀强电场处理,根据位移电流的定义：,(2)由位移电流密度的定义,或者：,U=U0sint,(3)因为电容器内I=0,且磁场分布应具有轴对称性,由全电流定律得：,