第9章电磁场剖析.ppt

电磁波的能量就是电磁场的能量以波的形式向周围空间的传播，因此单位时间内垂直通过单位面积的能量S称作辐射强度或能流密度。由于E，H和传播方向互相垂直，所以写成矢量式为  无线电波是电磁波，光波、x射线、γ射线等也是电磁波。它们的本质都一样，仅波长和频率不同。如果按波长或频率顺序排列，就可得到电磁波谱。通常收音机、对讲机、无线电话等采用的是中、长、短波；电视、雷达、卫星通信等采用的是微波，红外线和伦琴射线波长范围很大，而我们看到的赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色可见光只是波长范围很小的一般电磁波。 * * 第9章 麦克斯韦方程组 § 9-2平面电磁波 § 9-1 位移电流麦克斯韦方程组的积分形式 1. 理解位移电流及全电流定律； 2. 理解麦克斯韦方程组的积分形式； 能总结电磁场理论的基本概念; 3.了解平面电磁波的特点. 教学要求 麦克斯韦（J.C.Maxwell)简介(1831--1879) 一、生平 在法拉第发现电磁感应定律那一年，即1831年，麦克斯韦在英国的爱丁堡出生了。他从小聪明好问。父亲是个机械设计师，很赏识自己儿子的才华，常带他去听爱丁堡皇家学会的科学讲座。十岁时送他到爱丁堡中学。在中学阶段，他就显示出了在数学和物理方面的才能，十五岁那年就写了一篇关于卵形线作图法的论文，被刊 登在《爱丁堡皇家学会学报》上。1847年，十六岁的麦克斯韦考入爱丁堡大学。1850年又转入剑桥大学。他学习勤奋，成绩优异，经著名数学家霍普金斯和斯托克斯的指点，很快就掌握了当时先进的数学理论。这为他以后的发展打下了良好的基础。1854年在剑桥大学毕业后，曾先后任亚伯丁马里夏尔学院、伦敦皇家学院和剑桥大学物理学教授。他的口才不行，讲课效果较差。 二、主要贡献 麦克斯韦在电磁学方面的贡献是总结了库仑、高斯、安培、法拉第、诺埃曼、汤姆逊等人的研究成果，特别是把法拉第的力线和场的概念用数学方法加以描述、论证、推广和提升，提出了涡旋电场和位移电流两条假说，创立了一套完整的电磁场理论。 麦克斯韦除了在电磁学方面的贡献外，还是分子运动论的奠基人之一。 1.问题—麦克斯韦假设:: 改变 产生 改变 产生? §9-1 位移电流 麦克斯韦方程组 一个变化的电场是否可以产生磁场? 位移电流 (变化的电场) 位移电流将会象普通电流一样产生磁场 麦克斯韦对电磁场理论的重大贡献的核心是：位移电流假说 James Clerk Maxwell 认为: 当然可以!! 磁 场 2. 位移电流 作为这类感应的例子,我们考虑一个大的圆形平行板电容器的充电过程,如下图所示。 变化!! 电场 对于回路 L: 对表面 S1, 我们有 对表面 S2, 我们有 矛盾 安培环路定理不适用于变化的电磁场 此时,利用电荷守恒定律 将 带入上式,可得 即有: 即解决了上述矛盾 !!! 位移电流 Id 安培环路定理被修改为 安培-麦克斯韦定律: 称为全电流定律或者安培-麦克斯韦定律。 为通过S的全电流密度。 通过S的传导电流之和， 为传导电流密度。 称为通过S的位移电流， 位移电流密度。 注意: 位移电流反应变化的电场，不表示有电荷的定向运动；有变化的电场，就有位移电流； 位移电流在导体中没有焦耳热。(在介质中则不同) 位移电流与传导电流一样激发磁场； 麦提出的位移电流最初为假说，后的实验和实际应用证明它是正确的。 3. 麦克斯韦方程组 (1) 至今为止，请闭上你的眼睛来回想一下电磁场的世界是什么模样的！！ E. 电场 M. 磁场 M. 磁场 E. 电场 电磁波 麦克斯韦方程组 电荷 电流 (2)麦克斯韦方程组 电场: 变化的 电荷 总的电场: 高斯定理: 磁场: 变化的 电流 总结： 麦克斯韦方程组 (2) (3) 即为通常说的麦克斯韦方程组（积分形式）。 (1) 它们的意义： （1）电荷产生电场； （2）变化的磁场产生电场； （3）磁力线为闭合曲线（目前没有发现磁荷）； （4）变化的电场和电流产生磁场。 电荷 电流 电场 磁场 变化 变化 运动 激 发 激 发 (3).评论 1）电磁场: 2)预言了电磁波的存在； 3)光是一种电磁波；理论上推到出光速 4). 麦克斯韦电磁场理论的局限性 　　（2）麦克斯韦电磁理论在微观区域里不完全适用，它可以看作是量子电动力学在某些特殊条件下的近似规律。 （1）麦克斯韦方程可用于高速领域。 与机械振动类似，电路中的电场和磁场作周期性变化就叫电磁振荡。当t＝0时，电容器上电荷最多，在静电力作用下，电容器放电到T/4时，放电结束，电流达最大值，电能全部变为磁能储存在线