第二十三章 麦克斯韦方程组与电磁波

第二十三章麦克斯韦方程组与电磁波第1页，课件共27页，创作于2023年2月把安培环路定理推广到电流变化的回路时出现了矛盾电流概念必须发展完善宏观电磁场理论

电场静电场感生电场静止电荷空间存在

磁场稳恒磁场空间存在恒定电流感生磁场？回顾前几章的内容？原因？第2页，课件共27页，创作于2023年2月里程碑(在100年左右的时间)1785年CoulombLaw静电规律1791Volta电池动电规律

1820Oersted电

磁稳恒磁场1831年Faraday电磁感应1865年Maxwell完善矛盾推广假设完善本章思路：第3页，课件共27页，创作于2023年2月§1位移电流与全电流定律一.关于1.从稳恒电路中推出最初目的：避开磁化电流的计算2.传导电流(电荷定向移动)热效应产生磁场3.内：与回路套连的电流取值:通过以L为边界的任一曲面的电流第4页，课件共27页，创作于2023年2月在电容器充电过程中出现了矛盾在某时刻回路中传导电流强度为取L如图思考之一：场客观存在环流值必须唯一思考之二：定理应该普适假设：电容器内存在一种类似电流的物理量计算H的环流取取第5页，课件共27页，创作于2023年2月麦克斯韦假设位移电流的存在，提出全电流的概念，把安培环路定理推广到非恒定情况下也适用，得到安培环路定理的普遍形式。二.位移电流全电流全电流定理1.位移电流平板电容器内部存在一个物理量可以产生磁场起着电流的作用应是电流的量纲第6页，课件共27页，创作于2023年2月在充放电过程中，平行板电容器内有哪些物理量？时刻有分析各量的量纲第7页，课件共27页，创作于2023年2月

从量纲上进行寻找Maxwell定义：位移电流电流面密度第8页，课件共27页，创作于2023年2月通过某个面积的位移电流就是通过该面积的电位移通量对时间的变化率位移电流密度定义第9页，课件共27页，创作于2023年2月2.全电流定律电流概念的推广能产生磁场的物理量1）传导电流载流子定向运动2）位移电流第10页，课件共27页，创作于2023年2月

电流概念的推广仅仅从产生磁场的能力上定义－－仅此而已

位移电流与传导电流的异同第11页，课件共27页，创作于2023年2月

用全电流定律就可以解决前面的充电电路中矛盾只有传导电流只有位移电流平行板电容器板面积为S第12页，课件共27页，创作于2023年2月（1）电容器两极板

间的位移电流（2）以两板中心连线为轴，取半径为r的圆形回路，应用全电流定律例:有一平板电容器，两极板是半径R=0.1m的导体圆板，匀速充电使电容器两极板间电场的变化率为。求：(1)Id；(2)两极板间离两板中心连线为r处的磁感强度和r=R处的。第13页，课件共27页，创作于2023年2月所以此时，Br。第14页，课件共27页，创作于2023年2月所以此时，B。BrR第15页，课件共27页，创作于2023年2月§2麦克斯韦方程组Maxwellequations一.积分形式通量第16页，课件共27页，创作于2023年2月环流通量第17页，课件共27页，创作于2023年2月第18页，课件共27页，创作于2023年2月二.微分形式积分形式微分形式第19页，课件共27页，创作于2023年2月1.完善了宏观的电磁场理论四个微分方程方程组在任何惯性系中形式相同洛仑兹不变式确定的边界条件下解方程组还有介质方程麦克斯韦的贡献第20页，课件共27页，创作于2023年2月2.爱因斯坦相对论的重要实验基础3.预言电磁波的存在由微分方程出发在各向同性介质中且在情况下满足的微分方程形式第21页，课件共27页，创作于2023年2月§3电磁波是波动方程的形式对沿方向传播的电磁场(波)有一.电磁波第22页，课件共27页，创作于2023年2月波动方程任一物理量传播方向物理量是波速是比较第23页，课件共27页，创作于2023年2月基本性质：（1）电磁波是横波，，，两两相互垂直。（2）偏振性，，分别在各自的平面方向上振动。（3），同相变化。且(4)波速真空第24页，课件共27页，创作于2023年2月二.电磁波的能量能量密度辐射强度：单位时间内通过垂直于传播方向单位面积上的辐射能，用表示。能量密度矢量（坡印廷矢量）：dAvdt第25页，课件共27页，创作于2023年2月三、电磁波谱按频率或波长的顺序把各种电磁波排列起来，就构成了电磁波谱。第26页，课件共27页，创作于2023年2月波长频率主要用途名称长波30000m~3000m中波3000m~200m中短波200m~50m短波50m~10m米波10m~1m10~100kHz100~1500kHz1.5~6MHz6~30MHz30~300MHz微波分米波厘米波毫米波1m~10cm10cm~1cm1cm~0.1cm300~3000MHz3000~300000MHz30000~3000000