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第十二章 电磁场和电磁波 §12-1 位移电流 麦克斯韦方程组 *§12-2 电磁波 *§12-3 电磁场的能量与动量 返回目录 下一页 上一页 麦克斯韦（1831-1879）英国物理学家.经典电磁理论的奠基人，气体动理论创始人之一.他提出了有旋场和位移电流的概念，建立了经典电磁理论，并预言了以光速传播的电磁波的存在.在气体动理论方面，他还提出了气体分子按速率分布的统计规律. §12-1 位移电流 麦克斯韦方程组 返回目录 下一页 上一页 1864 年麦克斯韦在总结前人工作的基础上，提出完整的电磁场理论， 他的主要贡献是提出了“有旋电场”和“位移电流” 两个假设，从而预言了电磁波的存在，并论证了光是一种电磁波. 1888 年赫兹的实验证实了他的预言，麦克斯韦理论奠定了经典动力学的基础，为无线电技术和现代电子通讯技术发展开辟了广阔前景. ( 真空中 ) 返回目录 下一页 上一页 12.1.1 位移电流 1.电磁场的基本规律 对静电场 对稳恒磁场 对变化的磁场 返回目录 下一页 上一页 2.位移电流 ++++ ---- I0 （以 l 为边做任意曲面 S ） 在稳恒条件下，安培环路定理 此矛盾如何解释？ 返回目录 下一页 上一页 ++++ ---- I0 两边求微商得： 或 在非稳恒条件下，尽管传导电流密度j0不一定连续，但 这个量永远是连续的. 返回目录 下一页 上一页 通过电场中某一截面的位移电流等于通过该截面电位移通量对时间的变化率. +++++ ----- 全电流 位移电流 真空中位移 电流密度 返回目录 下一页 上一页 全电流是连续的 位移电流和传导电流一样激发磁场 位移电流是变化的电场，传导电流是自由电荷的定向运动 传导电流在导体中产生焦耳热，真空中的位移电流不产生焦耳热 12.1.2 全电流定律 在普遍情况下，磁场强度H沿任一闭合回路l的积分等于穿过以该回路为边界的任意曲面的全电流. 返回目录 下一页 上一页 12.1.3 麦克斯韦方程组 电场强度沿任意闭合曲线的线积分等于以该曲线为边界的任意曲面的磁通量对时间变化率的负值 通过任意闭合面的电位移通量等于该曲面所包围的自由电荷的代数和 返回目录 下一页 上一页 磁场强度沿任意闭合曲线的线积分等于穿过以该曲线为边界的曲面的全电流 通过任意闭合曲面的磁通量恒等于零 返回目录 下一页 上一页 麦克斯韦方程组的积分形式 描述介质性质方程 返回目录 下一页 上一页 麦克斯韦方程组的微分形式 和 分别为电位移和磁感应强度的散度. 和 分别为电场强度和磁场强度的旋度. 返回目录 下一页 上一页 *§12-2 电磁波 可以证明：真空中一个以加速度a作直线运动的点电荷，在空间相对于点电荷的位矢为r的任一点P产生的径向电场Er和横向电场Eθ以及横向磁场Bφ如图12.2所示，分别为 图12.2　加速运动点 电荷的电场和磁场 返回目录 下一页 上一页 考虑方向关系，电磁波中Eθ和Bφ的关系(把下标去掉)可写成 式中c为真空中光速.这一关系对于真空中的各种电磁波都成立. 式(12.17)和(12.18)表示的电场和磁场都和电荷的加速度成正比，即电场和磁场都随时间变化.这种变化的电磁场不断向外传播.所以，加速运动的电荷在向外辐射电磁波，同时也辐射能量. 返回目录 下一页 上一页 + 12.2.1 振荡电偶极子产生的电磁波 变化的电场和变化的磁场交替产生、由近及远，以有限速度在空间传播的过程称为电磁波. - + 振荡电偶极子 + - 振荡电偶极矩 返回目录 下一页 上一页 点击查 看效果 返回目录 下一页 上一页 如图(b)所示，图中过P点的电力线应与图(a)中电荷位置所决定的P点的场强相对应。因此，在正负电荷靠近的t时刻，空间的电力线形状如图(b)所示。 而当两个电荷相重合时，电力线闭合，如图(c)所示。此后，闭合电力线(它代表涡旋电场)便脱离振子，而正、负电荷向相反方向运动，如图11-2(d)所示。 偶极子不断振荡，形成的涡旋状电力线不断向外传播。同时，由于振荡电偶极子随时间变化的非线性关系，必然激起变化的涡旋电场。后者又会激起新的涡旋电场，彼此互相激发，形成偶极子周围的电磁场。由麦克斯韦方程组推导可得：振荡电偶极子在各向同性介质中辐射的电磁波，在远离偶极子的空间任一点处(r＞＞l)，t 时刻的电场E和磁场H的量值分别为 返回目录 下一页 上一页 为电磁波在该介质中的波速. 返回目录 下一页 上一页 平面电磁波 12.2.2 平面电磁波 返回目录 下一页 上一页