大学物理 电磁感应与电磁场.ppt

对稳恒电流 对S1面 对S2面 矛盾！ 稳恒磁场的安培环路定理已不适用于非稳恒电流的电路 失效的原因是电流只进不出，电量积存在闭合曲面内！ 2.位移电流假设（displacement current） 麦克斯韦提出 由其将在闭合曲面内中断的传导电流连续起来 适用于非恒定的情况 具有电流的量纲，故其称之为位移电流 称为位移电流密度 （1）位移电流名为电流，实为变化的电场。通过电场中某一截面的位移电流等于通过该截面电位移通量对时间的变化率. （2）位移电流与传导电流连接起来恰好构成连续的闭合电流 以平行板电容器为例 （3）麦克斯韦全电流的概念 在普遍情形下，全电流在空间永远是连续不中断的，并且构成闭合回路。 （4）全电流安培环路定理 （5）若传导电流为零 变化电场产生磁场 （6）位移电流与传导电流的异同点 位移电流可以存在于真空、导体和介质中 相同点：都具有磁效应 不同点： 产生机理不同； 存在条件不同； 传导电流产生焦耳热，位移电流不会产生焦耳热，但介质分子会在交变电场中反复极化，分子间摩擦而生热（微波加热原理，该热与焦耳热的机理不同） 例 设平行板电容器极板为圆板，半径为R ，两极板间距为d, 用缓变电流 IC 对电容器充电。求 P1 ,P2点处的磁感应强度。 解：任一时刻极板间的电场 极板间任一点的位移电流 由全电流安培环路定理 二、麦克斯韦方程组 变化的磁场伴随着涡旋电场 传导电流和变化的电场会产生涡旋磁场 麦克斯韦方程组 介质方程 同一方程式内既有磁学量，又有电学量，说明随时间变化的电场和磁场是不可分割，电场和磁场通过变化耦合成不可分割的和谐统一体，这就是电磁场。 麦克斯韦方程组是麦克斯韦所建立的电磁场理论的核心，也是继牛顿之后人类对自然界认识的又一次大综合。半个世纪后，爱因斯坦建立了相对论，人们发现在高速运动情况下牛顿定律必须进行修改，而麦克斯韦方程却不必修改。又经过二十年，量子论建立了，人们又发现在微观世界中牛顿定律不再适用，而麦克斯韦方程仍然正确。这说明麦克斯韦的工作是何等的出色！ 19世纪最伟大的两位物理学家，是法拉第和麦克斯韦。法拉第快活、和蔼、讲话娓娓动听，引人人胜；麦克斯韦严肃、机智、才思敏捷却不善辞令。法拉第是实验巨匠，善于运用直觉形象思维，把握住物理现象的本质，设计巧妙的实验，观察、记录、归纳；麦克斯韦却是数学高手，擅长建立物理模型，进行理论概括，运用数学技巧，演绎、分析、提高。麦克斯韦电磁理论是理论和实验的完美结合，电磁学的腾飞开始了！ 三、电磁波(electromagnetic wave) 1.电磁波的预言 变化的磁场能激发出涡旋电场，变化的电场也能激发出涡旋磁场，二者相互激发使得变化的电磁场在空间传播，在空间传播的电磁场称电磁波。并且，光是一种电磁波。 2.赫兹实验与电磁波的产生 亥姆霍兹 赫兹 赫兹振子产生的间歇性阻尼振荡 赫兹实验示意图 赫兹的实验轰动了当时整个物理学界，他不仅证明了麦克斯韦所预言的真理，更重要的是导致了无线电技术的发展。理论只能认识世界，它回到实践才能改造世界，显示出理论的巨大作用，赫兹实验促成了这一转变。此后，全世界许多实验室立即投入对电磁波及其应用的研究。在赫兹宣布他的发现后不到六年，意大利人马可尼（Marcohi，1874～1937）与俄罗斯人波波夫(Popov，1859～1906)分别实现了无线电远距离传播，并很快投入实际应用。在此后的三四十年间，无线电报(1894)、无线电广播（1906）、导航（1911）、无线电话（1916）、短波通讯（1921）、传真（1923）、电视（1929）、微波通讯（1933）、雷达（1935）等无线电技术像雨后春笋般地涌现了出来。 3. 电磁波的性质 电磁波的性质可由麦克斯韦方程组导出。电磁波是球面波，但是在远离波源的自由空间(不存在自由电荷和传导电流的空间)中传播的电磁波可近视为平面波 电磁波是横波，E、H与传播方向成右手螺旋关系 E和H都按正弦(或余弦)规律变化，且相位相同。 E和H的振幅成比例 传播速度 电磁波的能流密度（energy-flux density） 能量密度： 能流密度：单位时间内通过垂直于传播方向的单位截面的电磁波能量为电磁波的能流密度，用S表示 。 S与E、H满足右手螺旋关系 称坡印亭矢量（Poynting vector） 能流密度的时间平均值也称为电磁波的强度 为电场振幅 有一个频率为3×1013Hz的脉冲强激光束，它携带总能量W=100J，持续时间是t=10 ns。此激光束的圆形截面半径为r=1 cm，求在这一激光束中的电场振幅和磁场振幅。 这是相当强的电场和磁场。 解: 此激光束的平均能流密度为 如果把电磁理论比喻为一座雄伟的高楼