北郵-大學(xué)物理課件第十一章電磁場與電磁波

第十一章電磁場與電磁波§11-1位移電流麥克斯韋方程組1§11-1位移電流麥克斯韋方程組2一、位移電流1、電磁場實驗規(guī)律的總結(jié)電場中的高斯定理磁場中的高斯定理法拉第電磁感應(yīng)定律安培環(huán)路定理3

第一種不對稱是兩個高斯定理，第二種不對稱是兩個環(huán)流定理：麥克斯韋用對稱性原理對電磁場的實驗規(guī)律進行總結(jié)，發(fā)現(xiàn)有兩種不對稱：

這很好解釋，因為自然界不存在磁單極。4考察如右充電電路；充分注意電路中電流i與極板間D的關(guān)系，由電流強度的定義及電場的有關(guān)知識有K+qi-qi而假設(shè)高斯定理對變化電場也成立，則極板上的電荷與兩極板間產(chǎn)生的電場存在著D=

的關(guān)系。

2、位移電流的引入：D5這就是說，電路中的傳導(dǎo)電流i與穿過兩極板間的電位移通量的變化率dD／dt間存在著一一對應(yīng)的關(guān)系，同樣的方法，我們還可以建立起極板上的電流密度J與極板間的電位移的變化率dD／dt之間的一一對應(yīng)的關(guān)系，即因此麥克斯韋提出了一個大膽的假設(shè)：如果把極板間變化的電場看成電流的話，那么電路中的傳導(dǎo)電流，借助于極板中變化的電場這種電流（即位移電流）就連續(xù)起來了…，為此麥克斯韋作出定義：

這說明，在兩極板間雖然沒有自由電荷移動形成的傳導(dǎo)電流，但卻存在著一種變化的電場dtdDdtdD和f，且這個變化的電場對時間的變化率與電路中的充電電流及電流密度間存在著嚴格的對應(yīng)關(guān)系，并且是同步的。

63、全電流的概念所謂全電流：通過某一截面的傳導(dǎo)電流和位移電流之代數(shù)和稱作為通過該截面的全電流，即

①電場中某一點的位移電流的密度

等于該點的電位移矢量

對時間的變化率，即②電場中某一截面處的位移電流等于通過該截面處的電位移通量對時間的變化率，即

請記住。請記住。74、全電流的安培環(huán)路定理及引入位移電流的物理意義K+qi-qiS1S2I傳ID※全電流的安培環(huán)路定理式中S是以l為周界所圍面積。1)這說明位移電流和傳導(dǎo)電流一樣，可在其周圍空間激發(fā)起渦旋磁場，這一點已在實驗中得到了證實。2）這時H的環(huán)流與E（2）的環(huán)流不僅形式上而且在物理上也對稱了83)變化的電場激發(fā)的渦旋磁場間的關(guān)系遵從右手螺旋法則，積分對稱關(guān)系E2而變化的磁場激發(fā)的渦旋電場間的關(guān)系遵從左手螺旋法則。95、位移電流與傳導(dǎo)電流之異同②不同處：①相同處：

都可以激發(fā)渦旋磁場。不過在一般情況下，位移電流產(chǎn)生的磁場很弱不易被人們所覺察，但在超高頻情況下，位移電流激發(fā)的磁場也是很強的。

傳導(dǎo)電流是自由電荷的定向移動，只能存在于導(dǎo)體或溶液中位移電流不存在電荷的移動，而是電場對時間的變化率，即使在真空中也可有位移電流。

傳導(dǎo)電流在導(dǎo)體中產(chǎn)生焦耳熱，真空中的位移電流不產(chǎn)生焦耳熱。10即電場變化引起單位體積中電偶極矩的變化。食物中的分子電矩在外電場力矩的作用下不斷地改變方向。在變向旋轉(zhuǎn)的過程中，分子間不斷地的碰撞、摩擦，將電能轉(zhuǎn)變成物質(zhì)的內(nèi)能。但是，介質(zhì)中的位移電流是要產(chǎn)生熱能的，只不過這種熱不稱為焦耳熱，這種熱是微波爐中對食物加熱的基本原理。11二、麥克斯韋統(tǒng)一電磁場理論的基本思想1、隨時間變化的電場產(chǎn)生渦旋磁場，隨時間變化的磁場產(chǎn)生渦旋電場，并形成統(tǒng)一的電磁場。2、若變化的電場在其周圍空間激發(fā)起變化的渦旋磁場，則變化的磁場又在其周圍空間激發(fā)起變化的渦旋電場，如無介質(zhì)的吸收，電與磁的相互轉(zhuǎn)化就會永遠重復(fù)下去，并由近及遠地傳播開去，這就是電磁波。靜電場，穩(wěn)恒電場，穩(wěn)恒磁場只是統(tǒng)一電磁場的特殊情況。3、電磁波在真空中的傳播速度等于光在真空中的傳播速度，可見光波就是電磁波。12三、麥克斯韋方程組2.電場強度沿任意閉合曲線的線積分等于以該曲線為邊界的任意曲面的磁通量的變化率的負值。3.通過任意閉合曲面的磁通量恒等于零。

4.磁場強度沿任意閉合曲線的線積分等于穿過以該曲線為邊界的曲面的全電流。1.

通過任意閉合面的電位移通量等于該曲面所包圍的自由電荷的代數(shù)和。13▲平面電磁波的性質(zhì)：cExyz1、E、H是同頻率簡諧振動且位相相同；2、電磁波是橫波,E、H的振動方向與電磁波的傳播方向垂直；3、電磁波是偏振的：E、H分別在在各自平面上振動；

赫茲在1888年用實驗首先證實了電磁波的存在5、電磁波的傳播速度由介質(zhì)決定：

。

是介質(zhì)的介電常數(shù)、是介質(zhì)的磁導(dǎo)率。14▲電磁波譜

電磁波按波長或頻率的順序排列成譜，稱為電磁波譜?？梢姽獾牟ㄩL范圍能引起人的視覺的是電磁波中的E矢量。

電磁波譜無線電波微波紅外線可見光

紫外線r射線

x射線

HZ102

10

10

-2

10-4

10–610–810–10

m

10415電磁波的應(yīng)用1888年赫茲用實驗證明了電磁波的存在。1895年俄國科學(xué)家波波夫發(fā)明了第一個無線電報系統(tǒng)。1914年語音通信成為可能。1920年商業(yè)無線電廣播開始使用。。20世紀30年代發(fā)明了雷達。40年代雷達和通訊得到飛速發(fā)展，自50年代第一顆人造衛(wèi)星上天，衛(wèi)星通訊事業(yè)得到迅猛發(fā)展。如今電磁波已在通訊、遙感、空間探測、軍事應(yīng)用、科學(xué)研究等諸多方面得到廣泛的應(yīng)用。16例11－１試證：平行板電容器中的位移電流可寫為式中Ｃ是電容器的電容，U是極板間的電勢差解而在平行板電容器兩極板之間而由電容器的定義有

17例7－2半徑為R的兩塊圓板，構(gòu)成平行板電容器放在真空中，今對電容器勻速充電，使兩板間電場的變化率為dE/dt

，求兩板間的位移電流，并計算電容器內(nèi)離兩板中心連線r<R處的磁感應(yīng)強度B。

解：

由于磁場對稱分布，即在環(huán)周上各點H值相等，所以：18答：X軸正向;X軸負向（全電流連續(xù)）。例11-3圖示為一充電后的平行板電容器，A板帶正電，B板帶負電，將開關(guān)K合上時，A、B之間的電場方向為

,位移電流方向為

（按圖上所標X軸正方向回答）。19故應(yīng)選C（B）庫侖／秒例11－4電位移矢量的時間變化率的單位是：（A）庫侖／米2（C）安培／米2（D）安培·米220例11－5圓形平行板電容器，開始充電，試畫出充電過程中，極板間某點處電場強度的方向和磁場強度的方向。

所以，位置在極板中間對稱面上左側(cè)一點P的、方向垂直向里。

圖中上極板充電時帶正電，所以豎直向下；Id

IE

又電容器內(nèi)位移電流與導(dǎo)線上充電電流方向相同。BP21例11－6如圖，平板電容器（忽略邊緣效應(yīng)）充電時