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1、第六章 麥克斯韋方程組,1 位移電流 2 麥克斯韋方程組,麥克斯韋 James Clerk Maxwell （18311879),19世紀偉大的英國物理學家、數(shù)學家。 經(jīng)典電磁理論的奠基人， 氣體動理論的創(chuàng)始人之一。,提出了有旋電場和位移電流概念，建立了經(jīng)典電磁理論， 預言了以光速傳播的電磁波的存在。 他的電磁學通論與牛頓時代的自然哲學的數(shù)學原理并駕齊驅(qū)，它是人類探索電磁規(guī)律的一個里程碑。 在氣體動理論方面，提出氣體分子按速率分布的統(tǒng)計規(guī)律。,1 位移電流,1、安培環(huán)路定理遇到的問題,在穩(wěn)恒電流的磁場中，安培環(huán)路定理為,對于曲面S1,對于曲面S2,靜電荷靜電場,變化的磁場感生電場,？變化的電場
2、磁場,穩(wěn)恒電流穩(wěn)恒磁場,S以回路為邊界的任意曲面,穿過不同S的傳導電流都相等,同一回路得出兩個不同結(jié)論：矛盾,原因：回路與電流沒有套連。傳導電流不連續(xù)，而且大小在變化，不是穩(wěn)恒電流。對于非穩(wěn)恒電路，安培環(huán)路定理不成立。,電容器的充電回路,2、位移電流假設(shè),以電容器放電為例：,可以用dD/dt代替兩極板間中斷了的傳導電流密度，從而成電流的連續(xù)性。,1861年末,麥克斯韋把安培環(huán)路定理推廣到非穩(wěn)恒電流的情況，又提出了另一個重要的假設(shè): 在電容器充電時,“電容器內(nèi)變化的電場也象電流一樣會產(chǎn)生磁場”,變化的電場可以看作一種電流,稱為位移電流。如果把位移電流也作為電流，安培環(huán)路定理就沒有矛盾了。,傳導電
3、流：,傳導電流密度：,對電容器，根據(jù)高斯定理有,電位移通量,麥克斯韋位移電流定義,電場中某一點位移電流密度jd，等于該點的電位移矢量D對時間的變化率,3、全電流安培環(huán)路定律,若電路中同時存在傳導電流Ic與位移電流Id，定義全電流,安培環(huán)路定理可修正為,通過電場中某一截面位移電流Id等于通過該截面電位移通量 對時間的變化率,麥克斯韋位移電流假設(shè)的正確性得到了大量事實的證明。,磁場強度H沿任意閉合回路的環(huán)流，等于通過此閉合回所圍面積的全電流，稱為全電流安培定律，簡稱全電流定律。,位移電流與傳導電流的比較,二者本質(zhì)是不同的，位移電流的本質(zhì)是變化著的電場，而傳導電流則是自由電荷的定向運動；,它們只是在
4、產(chǎn)生磁場方面是等效的，故都稱為電流。,例：一平板容器兩極板都是半徑5.0cm的圓導體片，設(shè)充電時電荷在極板上均勻分布，兩極間電場強度的時間變化率為dE/dt=2.01013Vm-1s-1， 求(1)兩極板間的位移電流； (2)兩極板間及極板邊緣的磁感應(yīng)強度。,解：（1）,(2)磁場對兩極板的中心軸線具有對稱分布，在垂直于該軸的平面上，取以軸點為圓心，以r為半徑的圓作積分環(huán)路，由對稱性，在此積分回路上磁感應(yīng)強度的大小相等，方向沿環(huán)路的切線方向，且與電流成右手螺旋。,在極板邊緣處 r=R,可見，雖然電場強度的時間變化率已經(jīng)很大，但它所觸發(fā)的磁場仍然是很弱的，在實驗中不易測量到。,1、靜電場與穩(wěn)恒磁
5、場的規(guī)律,靜電場的高斯定理,靜電場的環(huán)流定理,磁場的高斯定理,安培環(huán)路定理,2、麥克斯韋假設(shè)渦旋電場與位移電流,靜電場環(huán)流定理,安培環(huán)路定律,2 麥克斯韋方程組,3、麥克斯韋方程組,各向同性介質(zhì)中，物質(zhì)方程組,4、微分形式,歐姆定律的微分形式,可以解決宏觀電磁場的各種問題,對運動電荷問題，再加上洛侖茲力,直角坐標系中：,Maxwell電磁場理論包括兩個主要內(nèi)容： （1）除靜止電荷激發(fā)無旋電場外，變化的磁場還激發(fā)渦旋電場； （2）變化的電場和傳導電流一樣將激發(fā)渦旋磁場。 即變化電場與變化的磁場相互激發(fā)組成統(tǒng)一的整體，即電磁場。,5、電磁場,說明： （1）靜電場與穩(wěn)恒磁場也是電磁場的特殊形式； （2）電磁場具有能量，質(zhì)量，動量等物質(zhì)特性，是物質(zhì)的。,在19世紀中期，Maxwell確立了電荷、電流和電場與磁場之間的普遍關(guān)系，建立了統(tǒng)一的電磁場理論,麥克斯韋電磁場理論預言了電磁波的存在,6、電磁波,取旋度,利用矢量公式,考慮真空中，沒有電荷和電流的情形,與光速一樣大，麥克斯韋預言：光就是電磁波。,1888年赫茲實驗證實了這個預言，導致了無線電的誕生，開辟了電子技術(shù)的新紀元。,波動方程,位移電流：變化的電場 麥克斯韋方程組：積分形式、微分形式 電磁場、電磁波,作業(yè):P242 24,小 結(jié),
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