位移电流.ppt

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1、16.7 位移电流位移电流Ic(t)Cq(t)(A)Ic(t)(B)E(t)图（图（A）、（）、（B）两种情况导线周围的磁场相两种情况导线周围的磁场相同，同，说明电容器说明电容器C中的变化电场也像电流那样能激发中的变化电场也像电流那样能激发磁场。磁场。下面进行定量的分析：下面进行定量的分析：有问题联系有问题联系qq1366715589Maxwell认为：认为：（这是一种假设性的推广）。（这是一种假设性的推广）。高斯定理也适用于变化电场高斯定理也适用于变化电场一、一、Maxwell位移电流假说位移电流假说定义定义:位移电流位移电流 位移电流密度位移电流密度 引入引入 Id 后，在上述情况下有后，

2、在上述情况下有 Ic=Id .这样，非稳恒情况这样，非稳恒情况“电流电流”仍连续。仍连续。Maxwell位移电流假说位移电流假说对任意截面对任意截面S，变化的电场变化的电场相当于电流相当于电流极板间总极板间总位移电流位移电流 q(t)S板板CS Ic(t)D(t)=D二、安培环路定理的推广二、安培环路定理的推广全电流定律全电流定律1、全电流、全电流全电流全电流密度密度传导电传导电流密度流密度位移电位移电流密度流密度通常通常导体中：导体中：介质中：介质中：当频率很高时，当频率很高时，Ic 与与Id 都须考虑。都须考虑。在整个电路中，全电流总是连续的。在整个电路中，全电流总是连续的。Maxwell

3、提出：提出：2、全电流定律、全电流定律Maxwell认为认为Id与与Ic按相同的规律激发磁场，也按相同的规律激发磁场，也具有稳恒磁场安培环路定理的形式。具有稳恒磁场安培环路定理的形式。全电流定律全电流定律线与线与Id流向成右螺关系，流向成右螺关系，而而Id流向即流向即的方向。的方向。线与线与 成右螺关系。成右螺关系。穿过回路电穿过回路电流的代数和流的代数和三、三、Id 与与Ic的区别：的区别：在磁效应方面二者相同；在磁效应方面二者相同；在真空中，在真空中，Id只对应于变化的电场，无自由电只对应于变化的电场，无自由电荷的定向运动，无焦耳热。荷的定向运动，无焦耳热。例例1.对于位移电流，有下述四种

4、说法，请指出哪一对于位移电流，有下述四种说法，请指出哪一种说法正确：种说法正确：选选（A）(A)(A)位移电流是指变化电场。位移电流是指变化电场。(B)(B)位移电流是由线性变化磁场产生的。位移电流是由线性变化磁场产生的。(C)(C)位移电流的热效应服从焦耳位移电流的热效应服从焦耳楞次定律。楞次定律。(D)(D)位移电流的磁效应不服从安培环路定理。位移电流的磁效应不服从安培环路定理。解：解：四、平板电容器中位移电流的方向和大小四、平板电容器中位移电流的方向和大小1、方向：可根据、方向：可根据“全电流连续全电流连续”或位移电流密或位移电流密度的方向来判断。度的方向来判断。+-RIc充充电电+-R

5、Ic放放电电IdId2、大小：、大小：极板间总极板间总位移电流位移电流 或或真空中真空中例例2.(指导指导p213.69)圆形平板电容器，圆形平板电容器，从从q=0开始充电，试画出充电过程开始充电，试画出充电过程中，极板间某点中，极板间某点P处电场强度的方处电场强度的方向和磁场强度的方向。向和磁场强度的方向。iP+-全电流连续，所以全电流连续，所以i=id .idEBid与与 i磁效应相同磁效应相同,所以所以P点磁场强度向里点磁场强度向里.例例3.一平板电容器的两极板都是半径为一平板电容器的两极板都是半径为5.0cm的的圆导体片，在充电时，其中电场强度的变化率为圆导体片，在充电时，其中电场强度

6、的变化率为dE/dt=1.01012V/ms。（1）求两极板间的位移电流；）求两极板间的位移电流；（2）求极板边缘的磁感应强度。）求极板边缘的磁感应强度。解：解：(1)(2)以极板边缘线作为安培回路以极板边缘线作为安培回路L,则则16.8 麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组(Maxwell equations)一、一、Maxwell涡旋电场假说涡旋电场假说对电场性质的修正对电场性质的修正变化的磁场变化的磁场涡旋电场涡旋电场一般情况下：一般情况下：1、Gauss定理：定理：2、环路定理：、环路定理：二、二、Maxwell位移电流假说位移电流假说对磁场性质的修正对磁场性质的修正位移电流变化的电场位移电流

7、变化的电场涡旋磁场涡旋磁场一般情况下：一般情况下：1、磁场的、磁场的Gauss定理：定理：2、安培环路定理：、安培环路定理：三、三、Maxwell方程组：方程组：四、电磁波的性质四、电磁波的性质在远离波源的自由空间中的小范围内在远离波源的自由空间中的小范围内,电磁波可看电磁波可看成平面波。成平面波。自由空间：自由空间：无无自由电荷自由电荷和和传导电流传导电流，且，且空间无限大空间无限大，即不考虑边界的影响。空间即不考虑边界的影响。空间可以是真空，也可以充可以是真空，也可以充满均匀介质。满均匀介质。自由空间内传自由空间内传播的平面电磁播的平面电磁波的性质：波的性质：电磁波的传播电磁波的传播不需要

8、介质不需要介质1、是、是横波横波且且2、分别在自己的平分别在自己的平面内振动面内振动偏振性偏振性3、同相同相二者同时达最大，同时为二者同时达最大，同时为0，且，且4、传播速度相同传播速度相同波速为波速为只与介质的性质有关。只与介质的性质有关。在真空中波速以在真空中波速以c表示，表示，正好与光速一样大。正好与光速一样大。Maxwell预言：光就是电磁预言：光就是电磁波。波。20年后他的预言被年后他的预言被Hertz证实。证实。传播传播方向方向五、电磁波的能量、坡印亭矢量五、电磁波的能量、坡印亭矢量以电磁波形式传播出去的能量，叫以电磁波形式传播出去的能量，叫辐射能辐射能。恩格斯：恩格斯：“能量是物

9、质运动的量度。能量是物质运动的量度。”电磁场具有能量，说明电磁场是物质的一种电磁场具有能量，说明电磁场是物质的一种形态。形态。1、电磁场能量密度：、电磁场能量密度：电磁波传播实质上是电磁场能量的传播。电磁波传播实质上是电磁场能量的传播。对各向同性介质：对各向同性介质：2、能流密度矢量（坡印亭矢量）、能流密度矢量（坡印亭矢量）单位时间内，通过单位时间内，通过传播方向的单位面传播方向的单位面积的辐射能称为积的辐射能称为辐射强度辐射强度或或能流密度能流密度。wudt以以S表示能流密度，表示能流密度，dt时间内时间内通过面积通过面积dA的辐的辐射能为射能为wudtdA辐射能的传播方向即为辐射能的传播方

10、向即为 的的方向方向(沿沿 方向方向)，dA例例4.(指导指导p202.8)固定载流固定载流大平板大平板附近有一载流附近有一载流小小线框线框能自由转动或平动，线框平面能自由转动或平动，线框平面大平板，如图大平板，如图所示。则小线框的运动情况所示。则小线框的运动情况从大平板向外看从大平板向外看是（是（）(A)靠近大平板。靠近大平板。(B)顺时针转动。顺时针转动。(C)逆时针转动。逆时针转动。(D)离开大平板向外运动。离开大平板向外运动。解：解：载流大平板在小线框区域载流大平板在小线框区域的磁场方向如图所示：的磁场方向如图所示：大平板且大平板且I1流向且流向且与该流向成右螺关系。与该流向成右螺关系

11、。从外向里看，线框应顺时针转动。从外向里看，线框应顺时针转动。从里向外看，线框应逆时针转动。从里向外看，线框应逆时针转动。另外两边另外两边受力平衡受力平衡例例 5.(指导指导p215.77)一半径为一半径为r r的无限长圆柱金属导的无限长圆柱金属导体，中心轴线体，中心轴线OO，在圆柱体内挖一直径为，在圆柱体内挖一直径为r/2r/2的的圆柱空洞，空洞侧面与圆柱空洞，空洞侧面与OOOO相切，未挖洞部分通以相切，未挖洞部分通以图示方向的均匀分布的电流图示方向的均匀分布的电流I I。距轴线。距轴线3r3r处的电子，处的电子，在中心轴线和空洞轴线所决定的平面内，沿轴方向在中心轴线和空洞轴线所决定的平面内

12、，沿轴方向运动，如图。求电子经运动，如图。求电子经P P时所受的磁场力。时所受的磁场力。解：可用解：可用“填补法填补法”。导体中的电流密度为导体中的电流密度为将空洞填上，则完整的大将空洞填上，则完整的大“无无限长限长”圆柱体在圆柱体在 P P 点产生的点产生的磁场为磁场为通以反向电流（通以反向电流（相同）的小圆柱体在相同）的小圆柱体在 P P 点产点产生的磁场为生的磁场为P点的总磁场为点的总磁场为电子受到的电子受到的Lorentz力为力为作业：作业：练习：学习指导练习：学习指导“磁学磁学”习题：习题：16-17 23、62-70本次课小结：本次课小结：掌握掌握Maxwell位移电流假说和全电流定律，会位移电流假说和全电流定律，会确定平板电容器中确定平板电容器中Id的大小和方向及引起的磁场的大小和方向及引起的磁场（难点）（难点）掌握掌握麦克斯韦方程和坡印亭矢量麦克斯韦方程和坡印亭矢量