電磁波pptx課件

1、麥克斯韋是麥克斯韋是19世紀(jì)英國(guó)偉大的世紀(jì)英國(guó)偉大的物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家。物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家。 一、位移電流一、位移電流 0qSdD0 ldE0 SdB 0IldH靜電場(chǎng)的性質(zhì)：靜電場(chǎng)的性質(zhì)：靜電場(chǎng)是靜電場(chǎng)是有源有源場(chǎng)場(chǎng)靜電場(chǎng)是靜電場(chǎng)是保守保守力場(chǎng)力場(chǎng)恒定磁場(chǎng)的性質(zhì)：恒定磁場(chǎng)的性質(zhì)：恒定磁場(chǎng)是恒定磁場(chǎng)是非保守非保守力場(chǎng)力場(chǎng)恒定磁場(chǎng)是恒定磁場(chǎng)是無(wú)源無(wú)源場(chǎng)場(chǎng)1、 恒定電、磁場(chǎng)的性質(zhì)歸納為四個(gè)基本方程。恒定電、磁場(chǎng)的性質(zhì)歸納為四個(gè)基本方程。12.1 位移電流位移電流 麥克斯韋方程組麥克斯韋方程組 2、變化的電磁場(chǎng)、變化的電磁場(chǎng) 對(duì)于變化的磁場(chǎng)，麥克斯韋提出了對(duì)于變化的磁場(chǎng)，麥克斯韋提出了“渦旋電場(chǎng)渦旋電場(chǎng)

2、”假假說(shuō)說(shuō):理論和實(shí)驗(yàn)都表明理論和實(shí)驗(yàn)都表明電場(chǎng)的電場(chǎng)的高斯定理高斯定理和磁場(chǎng)的和磁場(chǎng)的高斯定理高斯定理在變化的電、磁場(chǎng)中依然成立。在變化的電、磁場(chǎng)中依然成立。SLSdtBl dE渦恒定磁場(chǎng)中，安培環(huán)路定理可以寫(xiě)成恒定磁場(chǎng)中，安培環(huán)路定理可以寫(xiě)成:問(wèn)題問(wèn)題在電流非穩(wěn)恒狀態(tài)下（非恒定場(chǎng)的情形時(shí)）在電流非穩(wěn)恒狀態(tài)下（非恒定場(chǎng)的情形時(shí)）, 安培環(huán)路定理是否正確安培環(huán)路定理是否正確 ?LLIl dH0式中式中 是穿過(guò)以回路為邊界的任意曲面是穿過(guò)以回路為邊界的任意曲面的傳導(dǎo)電流。的傳導(dǎo)電流。LI0包含電阻、電感線圈的電包含電阻、電感線圈的電路路,電流是連續(xù)的電流是連續(xù)的.RLII電流的連續(xù)性問(wèn)題電流的連

3、續(xù)性問(wèn)題:包含有電容的電流包含有電容的電流是否連續(xù)？是否連續(xù)？?II+S2IIS1+L對(duì)對(duì)L所圍成的所圍成的S1面面矛盾矛盾顯然，顯然，H 的環(huán)流不再是唯一確定的了。的環(huán)流不再是唯一確定的了。這說(shuō)明安培環(huán)路定律在非恒定場(chǎng)中須加以修正。這說(shuō)明安培環(huán)路定律在非恒定場(chǎng)中須加以修正。 ISdjldHSL1對(duì)對(duì)L所圍成的所圍成的S2面面02SLSdjl dH由高斯定理由高斯定理:SQD dS D +DQ Q S1S2SdqdQIdtdt 由電荷守恒定律由電荷守恒定律:DSddQDdSdtdtt 0sIjdS 0()0sDjdSt 0()0sDjdSt 1200()()SSDDjdSjdStt 即即0Dj

4、t 可可與與的的 地地 位位 相相見(jiàn)見(jiàn)當(dāng)當(dāng)tDj d 位移電流密度矢量位移電流密度矢量+DQ Q S1S2S 在任意變化的電場(chǎng)中，通過(guò)某一曲面在任意變化的電場(chǎng)中，通過(guò)某一曲面S S的位移電流：的位移電流：PED 0 把把 代入，得代入，得0SSIttdddEPSSE E變化引起變化引起極化電流極化電流 SdSDdSdjSdtDdtdI麥克斯韋假設(shè)麥克斯韋假設(shè) : 變化的電場(chǎng)能產(chǎn)生磁場(chǎng)變化的電場(chǎng)能產(chǎn)生磁場(chǎng), 因而可以等效為一種電流因而可以等效為一種電流. 二、全電流定律二、全電流定律全電流：全電流： 通過(guò)某一截面的傳導(dǎo)電流、運(yùn)流電流通過(guò)某一截面的傳導(dǎo)電流、運(yùn)流電流和位移電流的和位移電流的代數(shù)和代

5、數(shù)和.電路中的全電流總是連續(xù)的電路中的全電流總是連續(xù)的。在非穩(wěn)恒的電路中在非穩(wěn)恒的電路中,安培環(huán)路定律仍然成立安培環(huán)路定律仍然成立. SsdlSdtDSdjIIl dH變化的電場(chǎng)和它激發(fā)的磁場(chǎng)在方向變化的電場(chǎng)和它激發(fā)的磁場(chǎng)在方向上的右手螺旋關(guān)系上的右手螺旋關(guān)系。 在真空中安培環(huán)路定理：在真空中安培環(huán)路定理： SlSdtDl dHtD H SsdlSdtDSdjIIl dH位移電流假說(shuō)的核心：位移電流假說(shuō)的核心： 變化的電場(chǎng)可以激發(fā)磁場(chǎng)變化的電場(chǎng)可以激發(fā)磁場(chǎng)。麥克斯韋的麥克斯韋的渦旋電場(chǎng)渦旋電場(chǎng)假說(shuō)和假說(shuō)和位移電流位移電流假說(shuō)假說(shuō)為建立統(tǒng)一的電磁場(chǎng)理論奠定了理論基礎(chǔ)。為建立統(tǒng)一的電磁場(chǎng)理論奠定了

6、理論基礎(chǔ)。位移電流與傳導(dǎo)電流的位移電流與傳導(dǎo)電流的比較比較: 傳導(dǎo)電流傳導(dǎo)電流位移電流位移電流自由電荷的定向移動(dòng)自由電荷的定向移動(dòng)電場(chǎng)的變化電場(chǎng)的變化通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生焦耳熱通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生焦耳熱真空中無(wú)熱效應(yīng)真空中無(wú)熱效應(yīng)可以存在于可以存在于真空、導(dǎo)體、真空、導(dǎo)體、電介質(zhì)電介質(zhì)中中只能存在于導(dǎo)體中只能存在于導(dǎo)體中傳導(dǎo)電流和位移電流僅在傳導(dǎo)電流和位移電流僅在激發(fā)磁場(chǎng)這一點(diǎn)上等效激發(fā)磁場(chǎng)這一點(diǎn)上等效(Hd為為Id產(chǎn)生的渦旋磁場(chǎng)產(chǎn)生的渦旋磁場(chǎng)) SliSdtBl dEiEtB 左旋左旋 SLdSdtDl dHdHtD 右旋右旋對(duì)稱美對(duì)稱美例例:半徑為半徑為R,相距相距l(xiāng)(lR)的圓形空氣平板電容器的圓形空氣

7、平板電容器,兩兩端加上交變電壓端加上交變電壓 U=U0sin t, 求電容器極板間的求電容器極板間的:(1)位移電流位移電流;(2)位移電流密度位移電流密度 jd 的大小的大小;(3)位移電流激發(fā)的磁場(chǎng)分布位移電流激發(fā)的磁場(chǎng)分布B(r), r為到圓板中為到圓板中心軸線的距離心軸線的距離.OOPlROOPlR解解 (1)由于由于lR,故平板故平板間可作勻強(qiáng)電場(chǎng)處理間可作勻強(qiáng)電場(chǎng)處理,lUE 根據(jù)位移電流的定義根據(jù)位移電流的定義 tUlRRdtdEdtDSddtdIDd cos02020 另解另解 dtdUCdtCUddtdQId 平性板電容器的電容平性板電容器的電容lRC20 代入上式代入上式,

8、可得同樣結(jié)果可得同樣結(jié)果.(2)由位移電流密度的定義由位移電流密度的定義tlUtUltEtDjdcos0000 或者或者2RIjdd (3)因?yàn)殡娙萜鲀?nèi)因?yàn)殡娙萜鲀?nèi) I=0,且磁場(chǎng)分布應(yīng)具有軸對(duì)稱性且磁場(chǎng)分布應(yīng)具有軸對(duì)稱性,由全電流定律得由全電流定律得Rr 211rjSdjl dHdSdL trlUrHcos22001rtlUHcos2001rtlcUrtlUHBcos2cos220000101OOPlRRr 222RjIl dHddL rtlURrIHd1cos220202rtlcURrtlURHB1cos21cos22020200202OOPlR 麥克斯韋麥克斯韋 提出了提出了渦旋電場(chǎng)渦旋

9、電場(chǎng)和和位移電流位移電流假說(shuō)：假說(shuō)： 從而在人類科學(xué)史上第一次揭示了電場(chǎng)和磁場(chǎng)從而在人類科學(xué)史上第一次揭示了電場(chǎng)和磁場(chǎng)的內(nèi)在聯(lián)系，建立了完整的電磁場(chǎng)理論體系，而這的內(nèi)在聯(lián)系，建立了完整的電磁場(chǎng)理論體系，而這個(gè)理論體系的核心就是麥克斯韋方程組。個(gè)理論體系的核心就是麥克斯韋方程組。這兩個(gè)假說(shuō)的核心思想是：這兩個(gè)假說(shuō)的核心思想是： 變化的磁場(chǎng)變化的磁場(chǎng)可以激發(fā)可以激發(fā)渦旋電場(chǎng)；渦旋電場(chǎng)； 變化的電場(chǎng)變化的電場(chǎng)可以激發(fā)可以激發(fā)渦旋磁場(chǎng)。渦旋磁場(chǎng)。三、三、 麥克斯韋方程組麥克斯韋方程組 SLSdtDjl dH VSdVSdD 0 SSdB SLSdtBl dE各向同性介質(zhì)，有各向同性介質(zhì)，有EDr 0 HBr 0 根據(jù)麥克斯韋理論，在根據(jù)麥克斯韋理論，在自由空間自由空間內(nèi)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)滿足內(nèi)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)滿足 即變化的電場(chǎng)可以激發(fā)變化的磁場(chǎng)即變化的電場(chǎng)可以激發(fā)變化的磁場(chǎng) 變化的磁場(chǎng)又可以激發(fā)變化的電場(chǎng)變化的磁場(chǎng)又可以激發(fā)變化的電場(chǎng)這樣電