南方医科大学《大学物理》李贞姬-ch7-6-lzj.ppt

麦克斯韦电磁场理论简介麦克斯韦电磁场理论简介 基本要求 1.理解位移电流的概念及其物理本质 明确变化的电场可以产生磁场 2.理解安培环路定理的一般形式 3.理解麦克斯韦方程组的积分形式 麦克斯韦（James Clerk Maxwell 1831-1879) 麦克斯韦是19世纪伟大的英国 物理学家、数学家。 2. 预言电磁波的存在 1. 完善了宏观的电磁场理论 麦克斯韦的贡献 由电磁感应定律知，感生电场与变化磁场之间的关系 1. 感生电场（induced electric field) 变化磁场产生 (涡旋) 电场 电磁感应定律的实质： 问题1 一.问题的提出 产生磁场 ? 变化电场 在仅考虑磁场随 时间变化， 导线不动的条件下 7-6 位移电流 电磁场理论 ( displacement current ) 如何解决矛盾? 原因是传导电流在两个极板之间中断了 问题2 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 2. 安培环路定理 对非稳恒电流 思考： 安培环路定律是恒定情形下的特殊规律，应予 以修正 假设： 电容器内存在一个称为位移电流的物理量，与 变化的电场有关 假设： 位移电流与传导电流一样产生磁效应 根据 位移电流与传导电流共同构成连续的 闭合电流 位移电流与传导电流一样产生磁效应，安培环路定律修改为 二.位移电流 ( displacement current ) 全电流定律 三.位移电流、传导电流的比较 1. 共同点 具有电流的磁效应 2. 不同点 (1) 产生机理不同 (2) 存在条件不同 传导电流存在于导体中、介质中 位移电流存在于真空中、导体中、介质中 (3) 位移电流没有热效应，传导电流产生焦耳热 位移电流的实质： 变化电场产生变化磁场 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位移 极板间任一点的位移电流密度 由全电流安培环路定理 静态场 涡旋电场 四.麦克斯韦方程组的积分式 (Maxwell equations) 稳恒电流 磁场 位移电流 磁场 全电流定律 电磁感应定律 磁通连续性原理 高斯定理 麦克斯韦方程组 无源区时变电磁场是有旋无散的。电场线与磁场线相互 交链，自行闭合，从而在空间形成电磁波。 麦克斯韦方程的辅助方程 电荷守恒定律 （时变电磁场） 洛伦兹力 洛伦兹力 公式 各向同性线性介质 状态方程 麦克斯韦方程是通过把个别的、特殊的 规律，推广到一般情况而建立的，推广 过程包含了一些假设，其正确性被后来 的科学实验所证实。麦克斯韦方程连同 电荷守恒定律和洛仑兹力公式这三大假 设最终成为人们普遍接受的科学理论。 2. 麦克斯韦电磁理论在微观区域里不完全适 用，它可以看作是量子电动力学在某些特 殊条件下的近似规律。 1. 麦克斯韦方程可用于高速领域。 麦克斯韦电磁场理论的局限性 电磁场的动量和能量满足相对论关系; * 电磁场在真空中的传播速度，就是光速，光就是电磁波。 * 电磁场具有能量密度 * 电磁场具有质量密度 相对论质能关系 五.电磁场的物质性 1. 电磁场的物质性 电磁场具有统一性，相对性。具有能量、质量、动量 等物质的一切重要属性，它是物质的一种形态。 * 电磁场具有动量密度(单位体积内的动量)，对于平面电磁波 1920年列别捷夫的光压实验证明电磁场 与实物间有动量传递，并满足守恒定律 a 电磁场以波的形式在空间传播，而以粒子(光子)的形式 和实物相互作用。光子没有静止质量，而电子、质子、 中子等基本粒子却具有静止质量。 2. 电磁场和实物物质的不同 b 实物可以以任意的速度(但不大于光速)在空间运动,其 速度相对于不同的参考系也不同,但电磁场在真空中运 动的速度永远是 ，并且其传播速度在任何 参考系中都相同。 c 一个实物的微粒所占据的空间不能同时为另一个微粒所 占据，但几个电磁场可以相互叠加，可以同时占据同一 空间。 实物和场都是物质存在的形式