12.5 麦克斯韦电磁场理论简介.ppt

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1、大学物理大学物理 第三次修订本第三次修订本第第12章章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场12.5 麦克斯韦电磁场理论简介麦克斯韦电磁场理论简介 经典电磁理论的奠经典电磁理论的奠基人，基人，气体动理论创始气体动理论创始人之一。人之一。提出提出涡旋电场涡旋电场和和位移电流位移电流概念，概念，建立建立了经典电磁理论，并预了经典电磁理论，并预言了以光速传播的电磁言了以光速传播的电磁波的存在。波的存在。麦克斯韦（麦克斯韦（18311879）英国物理学家）英国物理学家1大学物理大学物理 第三次修订本第三次修订本第第12章章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场 1865 年麦克斯韦在总结前人工作的基年麦克斯韦

2、在总结前人工作的基础上础上,提出完整的电磁场理论提出完整的电磁场理论,他的主要他的主要贡献是提出了贡献是提出了 “涡涡旋电场旋电场”和和“位移电流位移电流”两个假设两个假设,从而预言了电磁波的存在从而预言了电磁波的存在,并计算出电磁波的速度（即光速）。并计算出电磁波的速度（即光速）。(真空中真空中 )1888 年赫兹实验证实了他的预言年赫兹实验证实了他的预言,麦麦克斯韦克斯韦 理论奠定了经典电动力学基础理论奠定了经典电动力学基础,为为无线电技术和现代电子通讯技术发展开辟无线电技术和现代电子通讯技术发展开辟了广阔前景。了广阔前景。2大学物理大学物理 第三次修订本第三次修订本第第12章章 电磁感应

3、与电磁场电磁感应与电磁场问题的提出问题的提出 对曲面对曲面S1 对曲面对曲面S2 在非稳恒电流的磁场中在非稳恒电流的磁场中,对同一环路积对同一环路积分选取不同的曲面时，环流的值不同。分选取不同的曲面时，环流的值不同。在由电容器构成的在由电容器构成的放电放电回路中回路中由安培环路定理由安培环路定理 矛矛盾盾3大学物理大学物理 第三次修订本第三次修订本第第12章章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场设电容器的面积为设电容器的面积为S,传导电流为传导电流为 在电容器放电时在电容器放电时,极板极板上的上的 面电荷密度面电荷密度 与电位移与电位移矢量相等矢量相等,并随时间变化。并随时间变化。一、一、位移电

4、流位移电流+-IIAB4大学物理大学物理 第三次修订本第三次修订本第第12章章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场比较比较+-IIAB麦克斯韦引入麦克斯韦引入位移电流位移电流位移电流密度位移电流密度位移电流强度位移电流强度5大学物理大学物理 第三次修订本第三次修订本第第12章章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场 回路中的全电流回路中的全电流 Is 由由传导电流传导电流 Ic 和位移电流和位移电流 Id 构成了电流的连续性。构成了电流的连续性。在非稳恒电流的情况下在非稳恒电流的情况下,安培环路定理可写成安培环路定理可写成磁场强度的环流等于通过此闭合环路所围曲磁场强度的环流等于通过此闭合环路所围曲面

5、的全电流。面的全电流。全电流安培环路定理。全电流安培环路定理。+-IIAB6大学物理大学物理 第三次修订本第三次修订本第第12章章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场(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传导电流产生焦耳热,位移电流不位移电流不产生焦耳热。产生焦耳热。讨论讨论 7大学物理大学物理 第三次修订本第三次修订本第第12章章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场例例 有一有一圆形平行平板电容器圆形平行平板电容器,R=3.0cm,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Ic=dQ/d

6、t=2.5A,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r=2.0cm 的点的点P处的磁感强度。处的磁感强度。*8大学物理大学物理 第三次修订本第三次修订本第第12章章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场解解:如图作一半径为如图作一半径为 r 平行于极板的圆形回路，平行于极板的圆形回路，通过此圆面积的电通过此圆面积的电位移通量为位移通量为*9大学物理大学物理 第三次修订本第三次修订本第第12章章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场计算得计算得代入数据计算得代入数据计算得10大学物理大学物理 第三次修订本第

7、三次修订本第第12章章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场二、麦克斯韦电磁场方程组的积分形式二、麦克斯韦电磁场方程组的积分形式 电磁场电磁场 在电磁现象过程中在电磁现象过程中,静电场和稳恒磁场的静电场和稳恒磁场的基本方程：基本方程：（1）静电场的高斯定理）静电场的高斯定理（2）磁场的高斯定理）磁场的高斯定理11大学物理大学物理 第三次修订本第三次修订本第第12章章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场（3）静电场的环流定理）静电场的环流定理（4）安培环路定理）安培环路定理12大学物理大学物理 第三次修订本第三次修订本第第12章章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场1.电场电场的高斯定理的高斯定理2.磁

8、磁场场的高斯定理的高斯定理静电场是有源场、感应电场是涡旋场。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。传导电流、位移电流产生的磁场都是无源场。引入有旋电场和位移电流的概念后引入有旋电场和位移电流的概念后,麦克斯麦克斯韦方程的积分形式韦方程的积分形式修改为修改为13大学物理大学物理 第三次修订本第三次修订本第第12章章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场3.电场电场的的环环路定理路定理 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律4.全全电电流安培流安培环环路定理路定理静电场是保守场静电场是保守场,变化磁场可以激发涡旋电场。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。传导电流和变化电场可以激发涡旋磁场。14大学物理大学物理 第三次修订本第三次修订本第第12章章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场麦克斯韦电磁场方程的微分形式麦克斯韦电磁场方程的微分形式 （1）静电场的高斯定理）静电场的高斯定理（3）静电场的环流定理）静电场的环流定理（2）磁场的高斯定理）磁场的高斯定理（4）安培环路定理）安培环路定理15