大學(xué)物理-電磁場(chǎng)

第二十一章電磁場(chǎng)§21.1位移電流（書(shū)17.7節(jié)）§21.2麥克斯韋方程組（書(shū)21.1節(jié)）§21.3電磁波（書(shū)21.4節(jié)和21.6節(jié)）1安培環(huán)路定理在電流非穩(wěn)恒時(shí)出現(xiàn)了矛盾，對(duì)磁場(chǎng)的“源”認(rèn)識(shí)必須發(fā)展★電場(chǎng)：靜電場(chǎng)感生電場(chǎng)靜止電荷★磁場(chǎng)穩(wěn)恒磁場(chǎng)穩(wěn)恒電流感生磁場(chǎng)？源？對(duì)稱§21.1位移電流21.從穩(wěn)恒電流情況導(dǎo)出2.方程本質(zhì)反映電流產(chǎn)生磁場(chǎng)：與回路套連的電流3.的含義與恒定電流方程一致3與1統(tǒng)一一．問(wèn)題的提出3取L：如圖場(chǎng)客觀存在，環(huán)流值必須唯一出現(xiàn)矛盾！原因：傳導(dǎo)電流在電容器處中斷！電容器的充電回路對(duì)S1:對(duì)S2:不適用于非穩(wěn)恒電流的情況修正4同時(shí)將安培環(huán)路定理修正為對(duì)全電流成立。麥克斯韋設(shè)想：平板電容器極板之間存在某個(gè)物理量，起著延續(xù)“電流”的作用（應(yīng)是電流的量綱）它和傳導(dǎo)電流總體（全電流）滿足連續(xù)性方程。尋找非穩(wěn)恒情況下滿足“電流”連續(xù)的物理量。二.位移電流5從量綱上分析麥克斯韋假設(shè)，非穩(wěn)恒時(shí)仍有6麥克斯韋定義：通過(guò)某個(gè)面積的電位移通量的時(shí)間變化率位移電流密度位移電流7定義——全電流密度——全電流連續(xù)◆安培環(huán)路定理修正為：即三．全電流及修正后的安培環(huán)路定理位移電流與傳導(dǎo)電流按相同的規(guī)律激發(fā)磁場(chǎng),本質(zhì)是時(shí)變電場(chǎng)激發(fā)磁場(chǎng)8S1只有傳導(dǎo)電流S2只有位移電流S板間再看電容器的充電回路9【例】半徑為R=0.1m的兩塊圓形平板電容器，兩板間距為d<<R，充電過(guò)程某時(shí)刻兩板之間電場(chǎng)的時(shí)間變化率為求此時(shí)刻:（1）兩板間的I位;（2）兩板間離中心 線r1=0.02m處， r2=0.12m處的解（1）因?yàn)閐<<R，所以板間電場(chǎng)均勻，忽略邊緣效應(yīng).10(2) 全電流對(duì)中心線是對(duì)稱的，它產(chǎn)生的磁場(chǎng) 對(duì)中心線也是對(duì)稱的。作回路L1、L2如圖 所示。方向的分量,所以由由于只有11同理,1213麥克斯韋總結(jié)了庫(kù)侖、安培和法拉第等人的電磁學(xué)研究成果，歸納出了電磁場(chǎng)的基本方程組。1862年麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，論證了光是一種電磁波。1888年赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)電磁波的存在。麥克斯韋§21.2麥克斯韋方程組14一.積分形式電場(chǎng)量的方程：磁場(chǎng)量的方程：麥克斯韋電磁場(chǎng)方程組15二.微分形式積分形式

反映了電磁場(chǎng)的瞬時(shí)關(guān)系與區(qū)域關(guān)系微分形式

反映了電磁場(chǎng)的瞬時(shí)關(guān)系與當(dāng)?shù)仃P(guān)系16四個(gè)微分方程方程組在任何慣性系中形式相同確定的邊界條件下解方程組還有介質(zhì)方程方程組的意義：電場(chǎng)、磁場(chǎng)密不可分,形成統(tǒng)一的電磁場(chǎng)17一.電磁波的波動(dòng)方程§21.3電磁波由麥克斯韋方程組出發(fā)預(yù)言：

變化的電磁場(chǎng)將以波的形式傳播情況下各向同性介質(zhì)中，對(duì)沿方向傳播的電磁場(chǎng)(平面波)導(dǎo)出所滿足方程18任一物理量與

的標(biāo)準(zhǔn)波動(dòng)方程比較方向傳播得電磁波波速：1886年赫茲由實(shí)驗(yàn)獲得了電磁波193同一點(diǎn)E和H成正比二.電磁波的性質(zhì)1

2─傳播方向電磁波是橫波4波速真空光是電磁波與物質(zhì)作用的主要是矢量,稱為光矢量20三.電磁波的能量和動(dòng)量1.能量密度電磁場(chǎng)能量密度：對(duì)各向同性介質(zhì)：對(duì)電磁波212.能流密度S單位時(shí)間通過(guò)垂直波傳播方向單位面積的能量EHuSuw單位面積能流密度矢量：坡印廷矢量22【例】一個(gè)正在充電的圓形平行板電容器，半徑為R，板間距為b，忽略邊緣效應(yīng)。證明:(1)兩極板間的邊緣處，坡印廷矢量的方向指向電容器內(nèi)部;(2)單位時(shí)間內(nèi)，按坡印廷矢量計(jì)算，進(jìn)入電容器內(nèi)部的能量等于電容器中靜電能量的增加率。23解：

(1)充電的方向向下，電場(chǎng)的方向也向下。的方向與位移電流成右手螺旋關(guān)系，由指向電容器的內(nèi)部的(2)作回路L正方向如圖,由H的環(huán)路定理24單位時(shí)間內(nèi)，從電容器的側(cè)面進(jìn)入電容器的能量為25而單位時(shí)間內(nèi)，電容器中的電場(chǎng)增加的能量為兩者是一樣的。所以，從場(chǎng)的觀點(diǎn)來(lái)看，電容器充電時(shí)電場(chǎng)的能量是電磁場(chǎng)從周?chē)臻g輸入的!26【例】電路中能量的傳輸過(guò)程電源向電路輸送能量，從場(chǎng)的觀點(diǎn)來(lái)看，也是由坡印廷矢量傳輸?shù)?。所以，能量從電源出?lái)，在導(dǎo)線和負(fù)載電阻處輸入。273.動(dòng)量密度

電磁波的質(zhì)量密度電磁波的動(dòng)量密度電磁波有動(dòng)量，它射到一個(gè)物體的表面上時(shí)會(huì)對(duì)表面產(chǎn)生壓力──光壓。28如何理解電磁波的壓力金屬中的自由電子電子受的這個(gè)力最終會(huì)以某種方式傳遞給金屬板。這就是金屬板受到了光壓。設(shè)一列電磁波射在一塊金屬板上υ：向下洛侖茲力f:+x方向291899年列別捷夫首次測(cè)定了光壓離100W燈泡1m小鏡懸絲prpr抽空光照力矩你相信電磁波有動(dòng)量嗎