《大学物理教学课件》广工大：（改） 16-5麦克斯韦电磁场理论.pptVIP

16.5麦克斯韦电磁场理论 麦克斯韦方程组 象一首美丽的诗 ! * * 1865 年麦克斯韦在总结前人工作的基础 上，提出完整的电磁场理论，他的主要贡献是提出了“有旋电场”和“位移电流”两个假设，从而预言了电磁波的存在，并计算出电磁波的速度（即光速）. 1888 年赫兹的实验证实了他的预言, 麦克斯韦理论奠定了经典动力学的基础，为无线电技术和现代电子通讯技术发展开辟了广阔前景. ( 真空中 ) 引言： 静电场 稳恒磁场 电?电 磁?磁 电?磁 磁?电 变化磁场 感应电场 变化电场 ？ 麦克斯韦又敏锐提出了： 变化电场 涡旋磁场 产生 如何提出？ 感应磁场 一 位移电流 全电流安培环路定理 1 在只有电阻的直流电路中,传导电流是连续的 ++++ ---- I （以 L 为边做任意曲面 S ） 稳恒磁场中,安培环路定理 2 在含有电容器的直流电路中,传导电流是不连续的 安培环路定理得到矛盾的结果 安培定律有问题？ 否！ 安培定律对非稳恒情况不适用。 3.麦克斯韦提出位移电流的假说 +++++ ----- I I A B 放电时,I 从A 路 B 在电容器两极板间存在变化的电场 , 且 的方向如图 充电时, I 从B 路 A +++++ ----- I I A B 在电容器两极板间存在变化的电场 , 且 的方向如图 麦克斯韦提出: 是否可以看成电流呢? 麦克斯韦假设 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. +++++ ----- I I A B 位移电流 位移电流密度 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. +++++ ----- 全电流 在非稳恒情况，往往是传导电流I与位移电流同时 存在，两者之和的电流总是闭合的。 4.全电流安培环路定理： 传导电流 + 位移电流 = 全电流 即：磁场强度H沿任意闭合环路的积分等于穿过此环路的传 导电流与位移电流的代数和。 S1 S2 R I C 对S1面： 对S2面： 而：I = Id 二、位移电流（变化电场）产生的磁场。 Id在激发磁场方面完全等效于Ic Id所激发的磁场H(B)与其成右手螺旋关系： 三、传导电流与位移电流的比较 位移电流Id的实质是变化电场！ 2. Ic产生焦耳热而Id不产生焦耳热！ Ic 和Id以共同的形式激发磁场。 1. 传导电流Ic和电荷的宏观定向运动有关,而 共同点—— 不同点—— 3. Ic只存在于导体中，而Id可存在于导体、介质 和真空中。 例1 有一圆形平行平板电容器, .现对其充电,使电路上的传导电流 ,若略去边缘效应, 求（1）两极板间的位移电流;（2）两极板间离开轴线的距离为 的点 处的磁感强度 . * 解 如图作一半径 为 平行于极板的圆形回路，通过此圆面积的电位移通量为 计算得 代入数据计算得 * 四、麦克斯韦方程组的积分形式 变化磁场 产生电场 变化电场 产生磁场 稳恒 情况 的电 磁场 规律 将高斯定理也推广到一般： 电场： 自由电荷的电场 变化磁场的电场 任意电场 磁场 传导电流 I 的磁场 位移电流 Id的磁场 任意电流 麦克斯韦方程组 ☆人们赞美 2.各方程的物理意义： 1.麦克斯韦方程组： (1)在任何电场中，通过任何闭合曲面的电通量等于 该闭合曲面内自由电荷的代数和。 ——有源场 (2)在任何磁场中，通过任何闭合曲面的磁通量 恒等于0。 ——无源场 (3)一般地，电场强度E沿任意闭合环路的积分等于 穿过该环路磁通量随时间变化率的负值。 ——有旋场 (4)磁场强度H沿任意闭合环路的积分，等于穿过该 环路传导电流和位移电流的代数和。 ——有旋场 ?qmi Im (1) (2) (3) (4) ？ 结论： 无论是否有磁荷、磁流存在，麦克斯韦方程组 不受影响。它成为电磁场理论的基础，并经受了实 践的检验，已成为现代电子学、无线电学等学科的 理论基础。 麦克斯韦完善了电磁场理论，预言了 电磁波的存在，并计算出电磁波在真空 的速度为： ? 3×108 m/s