电磁学第8讲——变化的电场产生磁场、电磁场与电磁波.ppt

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1、电磁学第电磁学第8 8讲讲 变变化化的的电电场场产产生生磁磁场场、电电磁场与电磁波磁场与电磁波主要内容主要内容位移电流麦克斯韦方程组电磁波一、位移电流一、位移电流全电流安培环路定理全电流安培环路定理+-I（以（以 L 为边做任意曲面为边做任意曲面 S）稳恒磁场中稳恒磁场中,安培环路定理安培环路定理麦克斯韦假设麦克斯韦假设 电场中某一点位移电流密度等于该点电场中某一点位移电流密度等于该点电位移矢量对时间的变化率电位移矢量对时间的变化率.位移电流密度位移电流密度+-IIAB 位移电流位移电流 位移电流密度位移电流密度 通过通过电场中某一截面的电场中某一截面的位移电流等于通过该截面电位移电流等于通过

2、该截面电位移通量对时间的变化率位移通量对时间的变化率.+-全电流全电流1）全电流是连续的；）全电流是连续的；2）位移电流和传导电流一样激发磁场；）位移电流和传导电流一样激发磁场；3）传导电流产生焦耳热，位移电流不产生焦耳热）传导电流产生焦耳热，位移电流不产生焦耳热.+-全电流全电流 例例1 有有一一圆形平行平板电容器圆形平行平板电容器,.现现对其充电对其充电,使电路上的传导电流使电路上的传导电流 ,若略去边缘效应若略去边缘效应,求求（1）两极板间的位移电流）两极板间的位移电流;（2）两极板间离开轴线的距离为两极板间离开轴线的距离为 的点的点 处的处的磁感强度磁感强度.*解解 如图作一半径如图作

3、一半径 为为 平行于极板的圆形平行于极板的圆形回路，通过此圆面积的回路，通过此圆面积的电位移通量为电位移通量为计算得计算得代入数据计算得代入数据计算得*二、电磁场二、电磁场 麦克斯韦电磁场方程组麦克斯韦电磁场方程组 磁场高斯定理磁场高斯定理 安培环路定理安培环路定理 静电场环流定理静电场环流定理 静电场高斯定理静电场高斯定理方方程程的的积积分分形形式式麦麦克克斯斯韦韦电电磁磁场场1）有旋电场）有旋电场麦克斯韦假设麦克斯韦假设2）位移电流）位移电流方方程程的的微微分分形形式式麦麦克克斯斯韦韦电电磁磁场场变化的电场和变化的磁场变化的电场和变化的磁场相互联系、相互产生，形相互联系、相互产生，形成统一

4、的电磁场。成统一的电磁场。各向同性的均匀介质：各向同性的均匀介质：交变电场交变电场交变磁场交变磁场产生产生三、电磁场的物质性三、电磁场的物质性SP即使即使 之后源不再存在，也不影响其它地方电磁场之后源不再存在，也不影响其它地方电磁场的存在和传播。的存在和传播。时刻时刻 P点的电磁场决定于点的电磁场决定于 时刻源时刻源 S 的电磁场，的电磁场，场是能量的载体，能量定域于场，场是能量的载体，能量定域于场，场是物质的一种形式。场是物质的一种形式。四、电磁波四、电磁波1、电磁波的产生与传播电磁波的产生与传播a)电磁振荡：电磁振荡：LC回路总能量回路总能量电能电能磁能磁能得得其解为其解为电荷在回路中来回

5、往复周期性地运动：电荷在回路中来回往复周期性地运动：变化的电场和磁场局限于电容器和自感线圈中，变化的电场和磁场局限于电容器和自感线圈中，不能形成向外辐射的电磁波。不能形成向外辐射的电磁波。2、电磁波的产生与传播电磁波的产生与传播a)振荡回路具有开放性；振荡回路具有开放性；b)振荡电路具有高频率振荡电路具有高频率 (电磁波的能量与频率的电磁波的能量与频率的四四 次方成正比次方成正比)。电电 偶偶 极极 子子，电电量量随随时时间间周周期期性性的的变化。变化。偶极振子：偶极振子：满满足足开开放放性性和和高高频频率率的的要要求求，可可以以作作为发射电磁波的波源。为发射电磁波的波源。不同时刻振荡电偶不同

6、时刻振荡电偶极子附近的电场线极子附近的电场线+-振荡电偶极子附近的电磁场线振荡电偶极子附近的电磁场线极轴极轴传播方向传播方向平面电磁波平面电磁波3、电磁波的特性电磁波的特性 1）电磁波是横波电磁波是横波 ,;2）和和 同相位同相位;3）和和 数值成比例数值成比例 ；4）电磁波传播速度电磁波传播速度 ,真空中波速真空中波速 等于光速等于光速 .4、电磁波的能量电磁波的能量辐射能辐射能：以电磁波的形式传播出去的能量以电磁波的形式传播出去的能量.电磁波的能流密度电磁波的能流密度 电磁场能量密度电磁场能量密度 电磁波的能流密度（坡印廷）矢量电磁波的能流密度（坡印廷）矢量 又又 电磁波的能流密度（坡印廷

7、）矢量电磁波的能流密度（坡印廷）矢量 平面电磁波能流密度平均值平面电磁波能流密度平均值 振荡偶极子的平均辐射功率振荡偶极子的平均辐射功率760nm400nm 可见光可见光 电电 磁磁 波波 谱谱红外线红外线 紫外线紫外线 射射 线线X射线射线长波无线电波长波无线电波频率频率波长波长短波无线电波短波无线电波无线电波无线电波可见光可见光红外线红外线紫外光紫外光 射线射线 射线射线(3)单位时间进入电容器的能量。单位时间进入电容器的能量。半径均为半径均为 ，间距为间距为 的两块圆板构成的两块圆板构成的电容器中充满介电常数为的电容器中充满介电常数为 的介质。今在电容器极的介质。今在电容器极板上加交变电

8、压板上加交变电压 ，求，求：(1)电容器上的自由电荷面密度、极板间电场；电容器上的自由电荷面密度、极板间电场；(2)电容器中的磁场；电容器中的磁场；解：解：(1)所以所以例例2、所以所以(2)取闭合曲线为：取闭合曲线为：以电容器中间轴线为轴、半径为以电容器中间轴线为轴、半径为 的圆，的圆，则则左边左边右边右边(3)单位时间单位时间进入进入电容器的能量为电容器的能量为在电容器边缘，电场平行于中轴：在电容器边缘，电场平行于中轴：磁场在垂直于中轴的面上，且与边缘相切：磁场在垂直于中轴的面上，且与边缘相切：坡印亭矢量与径向平行：坡印亭矢量与径向平行：电 磁 学 小 结一、一、真空中的恒定磁场真空中的恒

9、定磁场1、电流的磁场、毕奥电流的磁场、毕奥 萨伐尔定律及其应用萨伐尔定律及其应用 毕奥毕奥 萨伐尔定律萨伐尔定律载流直导线的磁场载流直导线的磁场载流直导线无限长时载流直导线无限长时半无限长载流直螺线管端点处半无限长载流直螺线管端点处圆电流轴线上的磁场圆电流轴线上的磁场圆电流的圆心处圆电流的圆心处载流直螺线管轴线上的磁场载流直螺线管轴线上的磁场无限长载流直螺线管内无限长载流直螺线管内2、恒定磁场的基本方程恒定磁场的基本方程高斯定理：高斯定理：安培回路定理：安培回路定理：安培回路定理的应用：安培回路定理的应用：是无源场是无源场由右手螺旋定则确定由右手螺旋定则确定 的符号，最后求出的符号，最后求出

10、.磁场是涡旋场磁场是涡旋场 在另外一些部分在另外一些部分 上上 与与 垂直，垂直，根据电流的分布分析磁场的根据电流的分布分析磁场的对称性，过场点选取适当的闭合路径对称性，过场点选取适当的闭合路径 ,使得使得 的某些部分的某些部分 上上 ，而剩余的部分而剩余的部分(,过场点过场点)处处相处处相等且等且 与与 的夹角的夹角 可事先判定，则可事先判定，则3、磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用霍耳系数霍耳系数洛仑兹力：洛仑兹力：洛仑兹力不作功洛仑兹力不作功应应用用均匀磁场中带电粒子的螺旋运动均匀磁场中带电粒子的螺旋运动霍耳效应：霍耳效应：4、磁场对电流的作用磁场对电流的作用磁力的功：磁力的功：安

11、培力：安培力：均匀磁场对载流平面线圈的力矩均匀磁场对载流平面线圈的力矩其中其中二、二、磁介质中的磁场磁介质中的磁场1、磁介质的磁化磁介质的磁化应用于求具有对称性的磁场强度应用于求具有对称性的磁场强度磁化强度矢量磁化强度矢量磁场强度磁场强度各向同性的均匀磁介质各向同性的均匀磁介质磁化电流面密度磁化电流面密度2、磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理3、磁介质磁介质抗磁质：抗磁质：固有磁矩固有磁矩 附加磁矩附加磁矩 与原磁与原磁场反向，场反向，削弱原磁场削弱原磁场顺磁质：顺磁质：附加磁矩附加磁矩增强原磁场增强原磁场铁磁质：铁磁质：大大增强大大增强原磁场原磁场软磁材料：软磁材料：矫顽力矫顽力

12、较小，较小，磁滞回线细而窄磁滞回线细而窄硬磁材料：硬磁材料：较大，回线粗较大，回线粗而宽而宽 磁滞回线接近矩形磁滞回线接近矩形矩磁材料矩磁材料：固有磁矩固有磁矩三、三、电磁感应电磁感应1、电磁感应定律电磁感应定律楞次楞次定律定律闭合导体回路中感应电流的方向，总是闭合导体回路中感应电流的方向，总是使得该电流产生的穿过回路的磁通量，使得该电流产生的穿过回路的磁通量，去阻碍引起感应电流的磁通量的变化。去阻碍引起感应电流的磁通量的变化。法拉法拉第定第定律律当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势的大小与时，回路中产生的感应电动势的大小与磁通量的时间

13、的变化率成正比。磁通量的时间的变化率成正比。或或感应电流：感应电流：感应电量：感应电量：2、感应电动势感应电动势动生电动势：动生电动势：非静电力是电子受到的洛仑兹力非静电力是电子受到的洛仑兹力(一段导体一段导体)(闭合导体回路闭合导体回路)感生电动势：感生电动势：变化的磁场提供涡旋电场变化的磁场提供涡旋电场 ，提，提供非静电力供非静电力3、自感和互感自感和互感4、磁场的能量磁场的能量四、四、电磁场和电磁波电磁场和电磁波1、位移电流产生磁场位移电流产生磁场位移电流密度位移电流密度位移电流强度位移电流强度位移电流的磁场强度位移电流的磁场强度2、麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组3、电磁波电磁波作业习题：15.31、15.35、15.39复习：本次课内容