大學物理課件麥克斯韋方程組福州大學李培官

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1、今 天 是 2021年 5月 17日 星 期 一大 學 物 理福 州 大 學 至 誠 學 院-麥 克 斯 韋 方 程 組大 學 物 理 教 研 室 李 培 官 2 第 八 章 .電 磁 感 應-電 磁 場8-4-2.麥 克 斯 韋 方 程 組 3 在 前 人 成 就 的 基 礎 上 ， 麥 克 斯 韋 提 出 渦 旋 電 場 和 位 移 電 流 的假 說 ， 把 電 磁 場 規(guī) 律 總 結 提 高 為 ： 麥 克 斯 韋 方 程 組 。d 0LE l S d iSD S q d 0SB S d iL iH l I 穩(wěn) 恒 情 況1. 麥 克 斯 韋 方 程 組 的 積 分 形 式 10內(nèi) E

2、E E 感 應靜 電非 穩(wěn) 恒 情 況d dL S BE l St H H H 位 移傳 導 d dL S DH l j St （ ）傳 導 一 .麥 克 斯 韋 方 程 組 4 D D D 感 應靜 電同 理 在 非 穩(wěn) 恒 情 況 中 B B B 位 移傳 導電 場 、 磁 場 的 通 量 也 推 廣 到 一 般 d dS VD S V d 0SB S d d( )L S DH l j St d dL S BE l St 麥克斯韋方程組d dS VD S V 任 意 電 場任 意 磁 場 d 0S B S 11傳 導方 程 組 中 各 場 量 在 各 向 同 性 的 線 性 介 質(zhì) 中 ，

3、 有EED r 0 HHB r 0 Ej 5麥氏方程組微分形式 2.麥 克 斯 韋 方 程 組 的 微 分 形 式Gauss定 理Stokes定 理利 用 如 下 數(shù) 學 定 理 d d( )S VA S A V BE t 0B D DH j t 可 把 麥 克 斯 韋 方 程 組 積 分 形 式 變 為 微 分 形 式d d( )L S DH l j St d dL S BE l St d dS VD S V d 0S B S 傳 導 d d( )L SA l A S 14 6 有 源 場無 源 場有 旋 場有 旋 場 12注 ：2) 麥 氏 電 磁 理 論 是 物 理 學 史 上 的 一

4、次 重 大 突 破HBED 、不 僅 是 空 間 函 數(shù) 而 且 是 時 間 的 函 數(shù) ,內(nèi) 容 豐 富 。*指 出 光 波 就 是 電 磁 波 。1) 麥 克 斯 韋 方 程 組 中 的 :*解 釋 一 切 宏 觀 的 電 磁 現(xiàn) 象 ；*預 言 電 磁 波 的 存 在 ； 麥 方 程 并 非完 全 對 稱 ，你 是 否 想 作修 改 ？d d( )L S DH l j St d dL S BE l St d dS VD S V d 0S B S 傳 導二 .麥 克 斯 韋 方 程 組 的 物 理 意 義 7 d d( )L S DH l j St d dL S BE l St d dS

5、VD S V d 0S B S 傳 導注 ：1931年 狄 拉 克 預 言 ： 0m n hcg en =1 0 68.5g e 133).磁 單 極 子 110 2 10 (g)m dmV V mj(C)磁 單 極子 是 否存 在 ? d dS VD S V dSB S d d( )L S BE l St d d( )L S DH l j St 傳 導 無 論 是 否 有 磁 荷 、 磁 流 存 在 ， 麥 克 斯 韋 方 程 組不 受 影 響 。 它 成 為 電 磁 場 理 論 的 基 礎 ， 并 經(jīng) 受 了 實踐 的 檢 驗 ， 已 成 為 現(xiàn) 代 電 子 學 、 無 線 電 學 等 學

6、 科 的 理 論 基 礎 。 8 1.電 磁 場 的 物 質(zhì) 性（ 1） 能 量 密 度變 化 的 電 磁 場 同 時 具 有 電 場 能 和 磁 場 能1 12 2e mw w w E D B H 一 般 地 ： ),( tzyxww 16 自 然 界 物 質(zhì) 存 在 有 兩 種 基 本 的 形 式 ： 實 物 和 場（ 2） 質(zhì) 量 密 度 設 單 位 體 積 中 ,電 磁 場 質(zhì) 量 為 m,由 相 對 論質(zhì) 能 關 系 其 能 量 為 w =mc2 質(zhì) 量 密 度則 2cwm )(212 HBEDc 三 .電 磁 場 的 物 質(zhì) 性 92. 電 磁 場 物 質(zhì) 性 的 特 點（ 1）

7、沒 有 靜 止 質(zhì) 量 m0=0（ 2） 電 磁 場 以 波 的 形 式 傳 播 ， 以 粒 子 的 形 式 與 實 物 相 互 作 用 ；（ 3） 電 磁 場 可 相 互 迭 加 ， 同 時 占 具 同 一 空 間 ；（ 4） 電 磁 波 的 波 速 與 參 考 系 無 關 。 17 （ 3） 動 量 密 度電 磁 場 中 , 單 位 體 積 的 質(zhì) 量 為其 動 量 為 動 量 密 度實 驗 事 實 證 明 電 磁 場 有 ： 質(zhì) 量 和 動 量 例 ： 引 力 紅 移 、 光 壓 等 2cwm )(21 HBEDccwmcp 10 四 .麥 克 斯 韋 的 貢 獻1. 完 善 了 宏 觀

8、 的 電 磁 場 理 論 ， 利 用 4個 徵 分 方程 、 3個 介 質(zhì) 方 程 和 洛 侖 茲 力 公 式 ， 在 確 定 的 邊界 條 件 下 ， 原 則 上 可 解 決 電 磁 場 的 一 般 問 題 。2. 麥 克 斯 韋 方 程 組 ， 是 愛 因 斯 坦 相 對 論 的 重 要實 驗 基 礎 。3.預 言 了 電 磁 波 的 存 在 ， 并 計 算 出 電 磁 波 在 真 空的 速 度 為 ： ooC 1 3 108 m/s 1886年 赫 茲 發(fā) 現(xiàn) 了 電 磁 波 證 實 了 麥 的 預 言。 11 1886年 29歲 的 赫 茲 發(fā) 現(xiàn) ： 當 電 池 通 過 一 對線 圈

9、 中 的 一 個 放 電 時 ， 在 另 一 個 線 圈 里 產(chǎn) 生火 花 。 赫 茲 振 子 高 頻 加 速運 動 電 荷 諧 振 器 1888年 他 總 結 出 ： 電 磁 感 應 是 以 波 動 形 式 傳 播 的 ，并 第 一 次 使 用 了 “ 電 磁 波 ” 一 詞 。 赫 茲1886年赫茲用實驗證實了電磁波的存在 12B E p B CE例 ： 振 蕩 電 偶 極 子 的 遠 場 近 似 的 平 面 電 磁 波EB傳 播 方 向 13 從 1888年 赫 茲 用 實 驗 證 明 了 電 磁 波 的 存 在 ，1895年 俄 國 科 學 家 波 波 夫 發(fā) 明 了 第 一 個 無

10、線 電 報 系 統(tǒng)1914年 語 音 通 信 成 為 可 能 。1920年 商 業(yè) 無 線 電 廣 播 開 始 使 用 。20世 紀 30年 代 發(fā) 明 了 雷 達 。40年 代 雷 達 和 通 訊 得 到 飛 速 發(fā) 展 ，自 50年 代 第 一 顆 人 造 衛(wèi) 星 上 天 ， 衛(wèi) 星 通 訊 事 業(yè) 得 到 迅 猛發(fā) 展 。 如 今 電 磁 波 已 在 通 訊 、 遙 感 、 空 間 控 測 、 軍 事 應 用 、 科學 研 究 等 諸 多 方 面 得 到 廣 泛 的 應 用 。電 磁 波 的 應 用 14 人 們 贊 美 麥 克 斯 韋 方 程 組 象 一 首 美 麗 的 詩 !理 論

11、假 設 在 先 ， 實 驗 檢 驗 在 后 麥 克 斯 韋 在 電 磁 理 論 方 面 的 杰 出 貢 獻 在 于 ： 他 完 整 而深 刻 地 揭 示 出 變 化 的 磁 場 可 以 激 發(fā) 電 場 、 變 化 的 電 場 又 能激 發(fā) 磁 場 這 一 客 觀 規(guī) 律 ， 從 而 使 人 們 認 識 到 電 場 與 磁 場 間互 相 依 存 、 互 相 轉(zhuǎn) 化 的 關 系 , 認 識 到 :電 磁 場 的 統(tǒng) 一 性 。 麥 克 斯 韋 電 磁 場 理 論 使 人 類 對 宏 觀 世 界 的 認 識 達 到 了 一個 新 的 高 度 ， 是 從 牛 頓 力 學 到 愛 因 斯 坦 相 對 論

12、 建 立 這 段 時 期中 物 理 學 史 上 最 重 要 的 理 論 成 果 。 1879年 11月 5日 ， 麥 克 斯 韋 因 病 在 劍 橋 逝 世 ， 年 僅 48歲 。 那 一 年 正 好 愛 因 斯 坦 誕 生 。 科 學 史 上 這 種 巧 合 還 有一 次 是 在 1642年 ， 那 一 年 伽 里 略 去 世 ， 牛 頓 誕 生 。 15 麥 克 斯 韋 （ 1831-1879） 英 國 物 理 學 家 . 經(jīng) 典 電 磁 理論 的 奠 基 人 , 氣 體 動 理 論 創(chuàng)始 人 之 一 . 他 提 出 了 有 旋 場 (感 生 電 場 )和 位 移 電 流 的 概念 , 建

13、 立 了 經(jīng) 典 電 磁 理 論 , 并 預 言 了 以 光 速 傳 播 的 電 磁波 的 存 在 .在 氣 體 動 理 論 方面 , 他 還 提 出 了 氣 體 分 子 按速 率 分 布 的 統(tǒng) 計 規(guī) 律 .五 .麥 克 斯 韋 簡 介 16 【 麥 克 斯 韋 生 平 簡 介 】麥 克 斯 韋 是 19世 紀 偉 大 的 英 國 物 理 學 家 、 數(shù) 學 家 。 經(jīng)典 電 動 力 學 的 創(chuàng) 始 人 ， 統(tǒng) 計 物 理 學 的 奠 基 人 之 一 。 麥 克 斯 韋 1831年 6月 13日 出 生 于 愛 丁 堡 。 16歲 時 進 入愛 丁 堡 大 學 ， 三 年 后 轉(zhuǎn) 入 劍

14、橋 大 學 學 習 數(shù) 學 ， 1854年 畢 業(yè) 并 留校 任 教 ， 兩 年 后 到 蘇 格 蘭 的 馬 里 沙 耳 學 院 任 自 然 哲 學 教 授 ，1860年 到 倫 敦 國 王 學 院 任 教 ， 1871年 受 聘 籌 建 劍 橋 大 學 卡 文 迪什 實 驗 室 ， 并 任 第 一 任 主 任 。 1879年 11月 5日 在 劍 橋 逝 世 。 麥 克 斯 韋 集 成 并 發(fā) 展 了 法 拉 第 關 于 電 磁 相 互 作 用 的思 想 ， 并 于 1864年 發(fā) 表 了 著 名 的 電 磁 場 動 力 學 理 論 的 論 文， 將 所 有 電 磁 現(xiàn) 象 概 括 為 一 組 偏 微 分 方 程 組 ， 預 言 了 電 磁 波 的存 在 ， 并 確 認 光 也 是 一 種 電 磁 波 ， 從 而 創(chuàng) 立 了 經(jīng) 典 電 動 力 學 。麥 克 斯 韋 還 在 氣 體 運 動 理 論 、 光 學 、 熱 力 學 、 彈 性 理論 等 方 面 有 重 要 貢 獻 。 17 歡 迎 指 導今 天 是 2021年 5月 17日 星 期 一再 見