ZJH_Chap11_4th_Maxwell电磁场理论_37p.pptVIP

* Maxwell 电磁场理论简介 电磁场的基本方程 Maxwell; 英国物理学家、数学家。11月13日出生时，是法拉第发现电磁感应后2个多月。15岁在“爱丁堡皇家学报”发表论文，1854年从剑桥大学毕业，卡文迪什试验室首任主任。 迄今已学习 静止电荷的电场 恒定电流的磁场 本节将介绍电与磁之间的联系，电场、磁场的相互激发. Maxwell在稳恒场理论的基础上，提出了涡旋电场和位移电流的概念： 涡旋电场 揭示出变化的磁场可以在空间激发电场，并通过Faraday电磁感应定律得出了二者的关系. 任何随时间而变化的磁场，都是和涡旋电场联系在一起的。 位移电流 揭示出变化的电场可以在空间激发磁场，并通过全电流概念的引入，得到了一般形式下的Ampere环路定理在真空或介质中的表示形式. 任何随时间而变化的电场，都是和磁场联系在一起的。 位移电流与传导电流连接起来恰好构成连续的闭合电流。 电流在空间永远是连续不中断的，并且构成闭合回路。 磁场强度在磁场中沿任一闭合回路的线积分，在数值上等于穿过该闭合回路所围面积的传导电流和位移电流的代数和。 揭示不仅传导电流激发磁场，变化的电场也可以激发磁场。它与变化的磁场激发电场形成自然界的一个对偶关系。 解： 例 例 设平行板电容器极板为圆板，半径为R ，两极板间距为 d , 用缓变电流 IC 对电容器充电，求 P1 , P2 点处的磁感应强度。 解 任一时刻极板间的电场 极板间任一点的位移电流密度 由全电流安培环路定理 P1 P2 P1 P2 11.5.2 麦克斯韦方程组的积分形式 电磁场 1. 电场的高斯定理 2. 磁场的高斯定理 静电场是有源场、感应电场是涡旋场 传导电流、位移电流产生的磁场都是无源场 3. 电场的环路定理—— 法拉第电磁感应定律 静电场是保守场，变化磁场可以激发涡旋电场 11.5.2 麦克斯韦方程组的积分形式 电磁场 4. 全电流安培环路定理 传导电流和变化电场可以激发涡旋磁场 11.5.2 麦克斯韦方程组的积分形式 电磁场 1.电场的高斯定理 2.磁场的高斯定理 静电场是有源场、感应电场是涡旋场 传导电流、位移电流产生的磁场都是无源场 3. 电场的环路定理 4. 全电流安培环路定理 静电场是保守场，变化磁场可以激发涡旋电场 传导电流和变化电场可以激发涡旋磁场 上述四组方程为真空中的Maxwell方程组，描述了真空中宏观电磁场与源、电场与磁场的相互作用和联系的规律. 电磁场的物质性统一性与相对性: 物质性: 可独立于场源而存在, 与实物一样有质量、能量和动量; 统一性: 变化的电磁场相互依存、相互激发，组成一统一的整体; 相对性：从运动的相对性理解静电场和稳恒磁场是电磁场的特例; 实验表明，Maxwell方程既可用于静电场和静磁场，也可以用于随时间变化的电场和磁场。 变化的磁场激发的电场与静电场不同，电力线是闭合的。即电力线即可不闭合，也可闭合；磁力线总是闭合的。 Maxwell方程组反映一般情况下电荷电流激发电磁场以及电磁场内部运动的规律。 变化的电、磁场可以交替激发，形成电磁波，这是Maxwell方程最重要的理论预言。 麦克斯韦（James Clerk Maxwell 1831----1879) Maxwell建立了宏观电磁场现象的统一理论，奠定无线电技术理论基础。在时变电磁场中，变化的磁场激发旋涡电场；而变化的电场同样可以激发涡旋磁场。电场与磁场之间的相互激发可以脱离电荷和电流而发生。电场与磁场的相互联系，相互激发，时间上周而复始，空间上交链重复，这一过程预示着波动是电磁场的基本运动形态。 电磁波 Maxwell的这一预言在他去世后（1879年）不到10年的时间内， 1886年由德国科学家Hertz通过实验证实。从而证明了Maxwell的假设和推广的正确性。 电磁波 电磁波的传播速度 真空中: 介质中: 麦克斯韦预言：光就是电磁波。 真空中，电磁波速=光速 各向同性 光是电磁波 ?沿 +x 方向传播的均匀平面波，有y方向的电场和z方向的磁场，E和B在空间相互垂直且都垂直与传播方向。 传播方向z 电场E 磁场H ?对于均匀平面波，E、B、u三者都相互垂直，呈右手螺旋关系。 可由E、B决定u，或由B、u决定E。 ? E和B同相，其振幅比为： x y z 理想介质中均匀平面波的电场和磁场 例 已知 x负方向传播的某电磁波的电场矢量函数： 求：磁场强度矢量 解：