2021-2022学年高二物理竞赛课件：麦克斯韦方程组.pptx

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1、James ClerkMaxwell （1831-1879）16.1 位移电流位移电流 感生磁场感生磁场一、位移电流的背景一、位移电流的背景电场电场静电场静电场感生电场感生电场静止电静止电荷产生荷产生磁场磁场稳恒磁场稳恒磁场恒定电恒定电流产生流产生是否存在是否存在感生磁场感生磁场回顾前面几章所涉及的电场和磁场：回顾前面几章所涉及的电场和磁场：由于由于存在存在是否是否由于由于本节要解本节要解决的问题决的问题麦克斯韦麦克斯韦假设假设了感生磁场的存在，了感生磁场的存在，定义了位移电流，定义了位移电流，发展了电流的概念，发展了电流的概念，完善了宏观电磁场理论。完善了宏观电磁场理论。是否存在是否存在感生

2、磁场感生磁场是否是否由于由于麦克斯麦克斯韦的两韦的两个个假设假设涡旋电场涡旋电场位移电流位移电流变化的磁场变化的磁场电场电场变化的电场变化的电场磁场磁场激发激发激发激发1.1.问题的提出问题的提出二、位移电流的定义二、位移电流的定义 性质性质关于关于1)从稳恒电路中推出从稳恒电路中推出最初目的：避开磁化电流的计算最初目的：避开磁化电流的计算2)传导电流传导电流 (由电荷定向移动而形成由电荷定向移动而形成)具有具有 热效应热效应 可产生磁场可产生磁场通过以通过以L为边界的任一曲面的为边界的任一曲面的传导传导电流。电流。3)矛矛盾盾稳恒磁场的安培环路定理已稳恒磁场的安培环路定理已不适用不适用于于非

3、稳恒非稳恒电流的电路电流的电路4)在电容器充电过程中出现了矛盾：在电容器充电过程中出现了矛盾：某时刻某时刻 回路中传导电流强度为回路中传导电流强度为i取取L如图，如图，计算计算H的环流的环流若取以若取以L为边界的曲面为边界的曲面S1若取以若取以L为边界的曲面为边界的曲面S2得得得得思考思考1：场客观存在场客观存在,环流值必须唯一环流值必须唯一思考思考2：定理应该普适。定理应该普适。麦克斯韦麦克斯韦 假设：位移电流的存在假设：位移电流的存在 提出：全电流的概念提出：全电流的概念 得到：安培环路定理的普遍形式得到：安培环路定理的普遍形式平板电容器内部存在一个物理量平板电容器内部存在一个物理量该物理

4、量功能：可以产生磁场该物理量功能：可以产生磁场,起着电流的作用起着电流的作用寻找该物理量：应是电流的量纲寻找该物理量：应是电流的量纲2.2.位移电流假设位移电流假设在充放电过程中，平行板电容器内有哪些物理量？在充放电过程中，平行板电容器内有哪些物理量？t 时刻时刻:随时间随时间变化变化:分析各量的量纲得分析各量的量纲得电流面密度电流面密度从电场的变化角度分析：从电场的变化角度分析：电流电流非稳恒电路中，传导电流中断处必有电荷分布的变化非稳恒电路中，传导电流中断处必有电荷分布的变化极板上电量的时间变化率等于传导电流极板上电量的时间变化率等于传导电流极板上电量的变化必引起电场的变化极板上电量的变化

5、必引起电场的变化据高斯定理，对闭合面据高斯定理，对闭合面S1+S2，位移电流位移电流Maxwell 定义：定义：S1在在极板内极板内从电场的变化角度分析：从电场的变化角度分析：位移电流定义：位移电流定义：通过某个面积的位移电流就是通过某个面积的位移电流就是通过通过该面积该面积的的电位移通量电位移通量对时间的对时间的变化率。即变化率。即令令则则或或-位移电流的面密度位移电流的面密度位移电流强度位移电流强度位移电流的本质是位移电流的本质是随时间变化的电场随时间变化的电场对应着感生磁场对应着感生磁场 位移电流与传导电流连接起来构成连续的闭合电流位移电流与传导电流连接起来构成连续的闭合电流麦克斯韦提出

6、全电流的概念麦克斯韦提出全电流的概念全电流在空间永远是连续不中断的，并且构成闭合回路全电流在空间永远是连续不中断的，并且构成闭合回路3.全电流全电流 全电流定理全电流定理电流概念的推广电流概念的推广凡是能产生磁场的物理量均称为电流。凡是能产生磁场的物理量均称为电流。1）传导电流）传导电流 载流子定向运动载流子定向运动2）位移电流）位移电流 变化的电场变化的电场全电流全电流全电流定理全电流定理麦克斯韦将安培环路定理推广到全电流：麦克斯韦将安培环路定理推广到全电流：全电流安培环路定理：全电流安培环路定理：磁场强度沿任意闭合回路的环流等于穿过此闭磁场强度沿任意闭合回路的环流等于穿过此闭合回路所围曲面

7、的全电流。合回路所围曲面的全电流。通常形式通常形式S1在极板内在极板内位移电流和传导电流的比较位移电流和传导电流的比较相同点：相同点：在周围空间激发磁场在周围空间激发磁场 激发的磁场为有旋场激发的磁场为有旋场 和磁场方向满足右手螺旋关系和磁场方向满足右手螺旋关系不同点：不同点：I Id dI I0 0 电荷激发电荷激发 变化的电场激发变化的电场激发 存在于导体存在于导体 存在于真空、导体、电介质存在于真空、导体、电介质 产生焦耳热产生焦耳热 无焦耳热无焦耳热 是电荷的运动是电荷的运动 是电场的变化是电场的变化位移电流不伴有电位移电流不伴有电荷的运动，无从谈荷的运动，无从谈起产生焦耳热起产生焦耳热