大学物理学-位移电流与麦克斯韦方程组

11.2位移电流与麦克斯韦方程组1、电磁场实验规律的总结电场中的高斯定律磁场中的高斯定律法拉第电磁感应定律安培环路定律第一种不对称是两个高斯定律：麦克斯韦发现有两种不对称：成立条件：自然界不存在磁单极。一、位移电流寻找磁单极（磁荷）

近代对磁单极的讨论始于1931年狄拉克的一篇文章。狄拉克指出：磁单极的存在与电动力学不矛盾，而且由此可以导出电荷的量子化。电和磁不对称

有一种大爆炸理论指出：在宇宙大爆炸后的10-35秒内，宇宙的温度为1030K，此时可以产生能量极高的磁单极。但是由于大爆炸引起的膨胀，使宇宙物质的温度很快下降。这样，极性相反的磁单极就易于发生湮灭，使得宇宙中幸存的磁单极廖廖无几。几十年来，不少人千方百计地捕捉磁单极。N1975年夏，美国加利福尼亚大学和休斯顿大学的一个联合科研小组声称发现了磁单极的痕迹。1982年2月14日下午1时53分，Cabrera（卡勃莱拉）他的仪器测到磁通量突然增高。经过反复研究，卡勃莱拉认为这是磁单极进入铌线圈引起的变化。到1982年3月11日为止，这个实验共做了151天。在这151天内就只发生了这个事例，以后虽经扩大线圈面积再也没有发现第二个事例。当然要肯定这一结果，还必须能够重复做出这个实验。超导铌线圈

超导铅箔圆筒屏蔽带电粒子引起的磁通改变。直径5cm铅箔圆筒+N-S

如果能找到磁单极的话，电荷的量子化就能得到很好的解释，现在的物理学也会有一个较大的变化，电磁场理论和量子电动力学需要做必要的修改，对宇宙的认识也会更深入一步。电荷电场线磁荷磁场线（假想图）R第二种不对称是两个环流定理：

没有磁荷，所以没有磁流；可以存在变化的电场？？

2、位移电流与全电流1）位移电流：电流在电容器处不连续，环路定理出现矛盾：

电和磁不对称如果电场与电流等效，可解决上述矛盾，注意电路中电流i与极板间电位移矢量的关系：R又因电位移矢量的大小：麦克斯韦提出了一个大胆的假设：如果把极板间变化的电场看成电流，那么电路中的传导电流，借助于极板中变化的电场这种电流可以连续，为此他定义位移电流：电流强度：电流密度：2）全电流：因此，全电流的安培环路定律为：通过某一截面的传导电流和位移电流之代数和称作为通过该截面的全电流，即

讨论：

（1）对称关系无磁流，有变化的磁场有电流，有变化的电场（2）涡旋磁场位移电流（变化的电场）和传导电流一样，可在其周围空间激发起涡旋磁场，这一点已在实验中得到了证实。

变化的电场激发涡旋磁场变化的磁场激发涡旋电场右手螺旋法则左手螺旋法则

Maxwell方程的核心思想：

一个变化的电场将激发一个磁场。一个变化的磁场将激发一个电场，它们相互激发，相互依存，组成统一的电磁场。介电常数磁导率电导率描述介质性质的方程：

二、麦克斯韦方程组Maxwell方程的科学价值1）它完整地反映和概括了电磁场的运动规律，能推断和解释一切电磁现象，且逻辑体系严密数学形式简洁。2）它预言了光的电磁本性，将光学和电磁学统一起来。3）电磁场是最简单的规范场，蕴藏着完美的对称结构--时空对称、电磁对称--为相对论的产生提供了邹形。4）它在技术上的应用促进了电子技术和生产力的高度发展，可以说近代一切电报、无线电、雷达、电视、电子计算机等……都只不过是麦克斯韦方程的应用而已.1、随时间变化的电场产生涡旋磁场，随时间变化的磁场产生涡旋电场，并形成统一的电磁场。2、若变化的电场在其周围空间激发起变化的涡旋磁场，则变化的磁场又在其周围空间激发起变化的涡旋电场，电与磁的相互转化重复下去，并由近及远地传播开去，这就是电磁波。静电场，稳恒电场，稳恒磁场只是电磁场的特殊情况。3、电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度，可见光波就是电磁波。在真空中与实验吻合

赫兹在1887年用实验首先证实了电磁波的存在三、电磁场与电磁波4、电磁波的性质：1）电磁波是横波，它的传播不需要介质；2）介质中速度，真空中；3）空间任一点E和H大小有关系：；4）电磁波能产生反射和折射、干涉、衍射、偏振；5）电磁波的传播总伴随电磁能的传播。5、电磁波谱电磁场：长波长、低频率电磁辐射：短波长、高频率无线电波微波红外线可见光紫外线X射线r射线FREQUENCY

电磁波按波长或频率的顺序排列成谱，称为电磁波谱。电磁辐射对人体的危害原理：热效应非热效应累积效应人体中极性分子受到电磁波辐射后相互碰撞摩擦，引起机体升温，从而影响体内器官的正常工作。人体器官和组织都存在微弱、稳定、有序的电磁场，受到外界电磁场的干扰后，即将遭到破坏，人体也会遭受损伤。肌体反复受到电磁波辐射，伤害程度发生累积，久之会成为永久性病态。长期接触电磁波辐射的群体，即使功率很小，频率很低，也可会诱发病变。6、电磁辐射危害与防护电磁辐射能否对人体造成伤害取决于三个因素：辐射时间长短电磁辐射强度大小人体和辐射源的距离2001年8月，中国消费者协会发布第9号消费警示：日常生活需防电磁辐射！专家提示：电磁辐射超过2mGs（毫高斯）便可危害人体健康。电器强度电器强度电器强度吸尘器200无绳电话200手机200电须刀100电热毯100微波炉200传真机40复印机40电脑100电饭锅40电熨斗30吹风机70电冰箱20音箱20洗衣机30VCD10空调20电视机20备注：单位mGs（毫高斯）辐射最强！例如图，平板电容器（忽略边缘效应）充电时，沿环路L1、L2磁场强度H的环流中，必有：

答：选（C）

例半径为R的两块圆板，构成平行板电容器放