位移电流电磁场理论课件

1、同学们好！ 9.6 位移电流 电磁场理论 麦克斯韦提出又一重要假设：位移电流随时间变化的磁场 感生电场（涡旋电场）随时间变化的电场 磁场对称性一.问题的提出1.稳恒磁场的安培环路定理：穿过以L为边界的任意曲面的传导电流非稳恒情况如何？2.非稳恒情况举例：电容器充放电取回路 ，作以 为边界的曲面导线穿过导线不穿过说明将安培环路定理推广到一般情况时需要进行补充和修正.对矛盾！对(1)出现矛盾的原因：非稳恒情况下传导电流不连续（ 流入 ，不流出 ）传导电流不连续的后果：电荷在极板上堆积。 电荷密度随时间变化（充电 ，放电 ） 极板间出现变化电场 .(2)解决问题思路：寻找极板上传导电流与极板间变化电

2、场之间的关系 .大小：传导电流板间电场结论与 同向与 同向充电放电与 反向与 同向板间电场的电位移矢量 对时间的变化率 等于极板上的传导电流密度 .穿过极板的电位移通量 对时间的变化率 等于极板上的传导电流 .传导电流 在极板上中断，可由 接替 ；可由 接替 .传导电流密度 在极板上中断 ，解决了非稳恒情况电流的连续性问题 将 视为一种电流， 为其电流密度 .(3)问题的解决办法：充电放电二. 位移电流1. 就电流的磁效应而言，变化的电场与电流等效.称为位移电流真空中：揭示变化电场与电流的等效关系2. 物理意义空间电场变化电介质分子中电荷微观运动3. 比较载流子宏观定向运动变化电场和极化电荷的

3、微观运动只在导体中存在并产生焦耳热无焦耳热，在导体、电介质、真空 中均存在都能激发磁场起源特点共同点传导电流位移电流三. 安培环路定理的推广对对不矛盾！2. 推广的安培环路定理1. 全电流对任何电路，全电流总是连续的四、 麦克斯韦方程组 麦克斯韦是19世纪伟大的英国物理学家、数学家。主要从事电磁理论、分子物理学、统计物理学、光学、力学、弹性理论方面的研究。尤其是他建立的电磁场理论，将电、磁、光、统一起来，是19世纪物理学发展的最光辉的成果，是科学史上最伟大的综合之一。麦克斯韦（J.C.Maxwell)简介 (1831-1879)生平 在法拉第发现电磁感应定律那一年，即1831年，麦克斯韦在英国

4、的爱丁堡出生了。他从小聪明好问。父亲是个机械设计师，很赏识自己儿子的才华，常带他去听爱丁堡皇家学会的科学讲座。十岁时送他到爱丁堡中学。在中学阶段，他就显示出了在数学和物理方面的才能，十五岁那年就写了一篇关于卵形线作图法的论文，被刊登在爱丁堡皇家学会学报上。1847年，十六岁的麦克斯韦考入爱丁堡大学。1850年又转入剑桥大学。他学习勤奋，成绩优异，经著名数学家霍普金斯和斯托克斯的指点，很快就掌握了当时先进的数学理论。这为他以后的发展打下了良好的基础。1854年在剑桥大学毕业后，曾先后任亚伯丁马里夏尔学院、伦敦皇家学院和剑桥大学物理学教授。他的口才不行，讲课效果较差。主要贡献 麦克斯韦在电磁学方面

5、的贡献是总结了库仑、高斯、安培、法拉第、诺埃曼、汤姆逊等人的研究成果特别是把法拉第的力线和场的概念用数学方法加以描述、论证、推广和提升，创立了一套完整的电磁场理论。 麦克斯韦除了在电磁学方面的贡献外，还是分子运动论的奠基人之一。一.麦克斯韦方程组的积分形式 高斯定理环路定理磁场电场静电场感生电场一般电场麦克斯韦方程组积分形式微分形式二. 意义1. 是对电磁场宏观实验规律的全面总结和概括， 是经典物理三大支柱之一 .未发现磁单极法拉第电磁感应定律安培定律位移电流假设库仑定律感生电场假设电场性质变化磁场产生电场变化电场产生磁场磁场性质方 程实 验 基 础意 义方程中各量关系：定义：2. 揭示了电磁

6、场的统一性和相对性电荷与观察者相对运动状态不同时，电磁场可以表现为不同形态。电磁场是统一的整体空间带电体对相对其静止的观察者 静电场对相对其运动的观察者电场磁场3. 预言了电磁波的存在(自由空间 )变化电场 变化磁场变化电场 磁场变化磁场 电场如振荡偶极子可脱离电荷、电流在空间传播电磁波4. 预言了光的电磁本性电磁波的传播速率实验证实：德国科学家赫兹（1888 年完成）用电磁波重复了所有光学反射、折射、衍射、干涉、偏振实验.相距10米赫兹（德.18571894）互补法拉第：来自社会底层、实验巨匠 . 善于通过直觉把握物理本质 .麦克斯韦：出身名门望族、数学高手、善于建立模型、综合、提高 .大4

7、0岁历史之旅实验 理论 实验法拉第 麦克斯韦 赫兹 蓝图（基础）建设大厦使其中住满人二者结合：理想类型的物理学家 起初当我看到你用这样的数学威力来针对这样的主题，我几乎吓坏了。后来我才惊讶地看到，这个主题居然处理得如此之好！ 1857年法拉第给麦克斯韦的回信5. 是经典物理 近代物理桥梁麦氏方程不满足伽利略变换 相对论建立“我曾确信，在磁场中作用于一个运动电荷 的力不过是一种电场力罢了，正是这种确信或多或少直接地促使我去研究狭义相对论 .” 爱因斯坦创新物理概念（涡旋电场、位移电流）严密逻辑体系简洁数学形式正确科学推论（两个预言）在概括电磁经验规律的历史发展中，导致了力线的概念。用数学形式表达

8、这一概念，给出了麦克斯韦方程组。麦克斯韦方程组导致了场论的诞生，而场论至今仍然是粒子物理的中心论题。麦克斯韦方程组还导致了洛仑兹变换的概念，这个变换通过爱因斯坦的工作揭示了平直时空的几何。 摘自杨振宁文录电磁的经验规律力线麦克斯韦方程组（第一场论）洛仑兹变换平直时空的几何第二场论弯曲时空的几何第三场论非阿贝尔规范场纤维丛几何6. 局限性（1）是在承认电荷连续分布基础上建立的宏观 经典理论，未和物质微观结构联系起来 .（2）不完全对称 ？不存在磁单极 .1895年： 汤姆生发现电子 .20 世纪初： 洛仑兹建立电磁现象微观理论经典电子论量子电磁理论思考：如果存在磁单极，麦克斯韦方程如何修正 ？引

9、入磁荷 、磁流由对称性：?期末复习要点大学物理III第一章 质点运动学小结一、描述运动学的四个基本物理量以及运动方程1、位置矢量，位置，速度，加速度2、运动方程：矢量式，标量式3、运动学的两类基本问题求解（以运动方程为核心）二、圆周运动1、自然坐标下的线量描述2、极坐标下的角量描述3、角量与线量的关系三、运动描述的相对性1、伽利略变换2、绝对时空观3、力学相对性原理1.基本实验定律库仑定律、毕 沙定律、安培定律、法拉弟电磁感应定律电磁学（10 13章）2.基本概念和理论 静电场 高斯定理 稳恒磁场 环路定理基本性质（有源、保守）位移电流、感生电场概念电磁场的统一性麦克斯韦方程组及其物理意义3. 基本计算2） U 的计算叠加法场强积分零势点选取；分段积分1） 的计算叠加法高