时变电磁场与电磁波.ppt

物理学及电子信息工程系++++++考虑包含电容C的无分支电路，将用于对应同一个环路的S、S‘面，得矛盾电容器破坏了电路中传导电流的连续性。§8.1位移电流与麦克斯韦方程组第5页,共32页，星期六，2024年，5月物理学及电子信息工程系即：充电电流穿过了Ｓ，但没有穿过Ｓ‘，说明电荷在Ｓ与Ｓ’之间积累下来．由电荷守恒定律有：而成立令位移电流密度全电流密度§8.1位移电流与麦克斯韦方程组第6页,共32页，星期六，2024年，5月物理学及电子信息工程系则在普遍情形下全电流永远是连续的，传导电流中断处，位移电流便接替下去，形成闭合电路。成立位移电流与传导电流连接起来恰好构成连续的闭合电流——全电流矛盾自然消除§8.1位移电流与麦克斯韦方程组第7页,共32页，星期六，2024年，5月物理学及电子信息工程系①位移电流的主要部分是变化的磁场，不与实物粒子运动对应。在真空中二、.位移电流的性质是纯粹的位移电流由此可见，位移电流虽有“电流”之名，但它的基本部分却与“电荷的流动”无关，它本质上是变化的电场。§8.1位移电流与麦克斯韦方程组第8页,共32页，星期六，2024年，5月物理学及电子信息工程系③位移电流与传导电流一样，按相同的方式产生磁场。④⑤位移电流与传导电流方向相同。②位移电流不产生焦尔热，有介质时，偶极子不断往复运动可产生热量，但不是焦尔热，不与电流的平方成正比。位移电流强度§8.1位移电流与麦克斯韦方程组第9页,共32页，星期六，2024年，5月物理学及电子信息工程系例：设平行板电容器极板为圆盘，半径为R，两极板间距为d，用线变电流IC对电容器充电。求：P1、P2点的磁感应强度。解：任一时刻极板间的场强为：极板间任一点的位移电流密度为：§8.1位移电流与麦克斯韦方程组第10页,共32页，星期六，2024年，5月物理学及电子信息工程系由安培环路定理有：§8.1位移电流与麦克斯韦方程组第11页,共32页，星期六，2024年，5月物理学及电子信息工程系作业P3969.1.19.1.29.1.4§8.1位移电流与麦克斯韦方程组第12页,共32页，星期六，2024年，5月物理学及电子信息工程系1.工作基础在前人成就的基础上，麦克斯韦提出了感应电场（涡旋电场）和位移电流的假说。其核心思想是：变化的磁场可以激发涡旋电场；变化的电场可以激发涡旋磁场。三、麦克斯韦方程组§8.1位移电流与麦克斯韦方程组第13页,共32页，星期六，2024年，5月物理学及电子信息工程系2.真空中的麦克斯韦方程组的积分形式电磁学的基本规律是真空中的电磁场规律。(1).电场的高斯定律在1865年，麦克斯韦将这些规律归纳为一组基本方程，即麦克斯韦方程组。尽管电场和磁场的变化有关系，但总的电场和电荷的关系总服从这一高斯定律。§8.1位移电流与麦克斯韦方程组第14页,共32页，星期六，2024年，5月物理学及电子信息工程系(2).磁场的高斯定律(3).电场的环路定律即法拉第电磁感应定律，空间总电场和磁场的关系总符合这一定律。也是磁通连续定理，说明在自然界中没有磁单极子存在§8.1位移电流与麦克斯韦方程组第15页,共32页，星期六，2024年，5月物理学及电子信息工程系(4).磁场的环路定律即一般形式下的安培环路定理，它说明磁场和电流以及变化的电场之间的联系。即：麦克斯韦方程组的积分形式为：§8.1位移电流与麦克斯韦方程组第16页,共32页，星期六，2024年，5月物理学及电子信息工程系四、麦克斯韦方程组的意义①不仅电荷可以产生电场，变化的磁场也可以产生电场；②不仅电流可以产生磁场，变化的电场也可以产生磁场；③变化的电场和磁场互相激发，由近及远在空间传播，形成电磁波。④麦克斯韦方程组加上介质性能方程全面总结了电磁场的规律，是宏观电动力学的基本方程组，利用它们原则上可以解决各种宏观电磁场问题。§8.1位移电流与麦克斯韦方程组第17页,共32页，星期六，2024年，5月物理学及电子信息工程系一、麦克斯韦方程组的微分形式利用矢量分析中的高斯定理和斯托克斯公式可把麦克斯韦方程组化为微分形式：高斯定理斯托克斯公式则第二节平面电磁波§8.2平面电磁波第18页,共32页，星期六，2024年，5月物理学及电子信息工程系在介质内，上述麦克斯韦方程组尚不完备，还需补充三个描述介质性质的方程式。对于各向同性介质来说，我们有§8.2