第十一章-变化的电磁场.pptVIP

三、电磁场的物质性 1.电磁波的能量 坡印亭矢量 (1) 电磁波的能量密度 在空间某点处, 电磁场的能量密度（单位体积内电磁场的能量）为 电磁场具有一切物质的基本特性，如能量、质量和动量等。 (2) 电磁波的能流密度矢量 电磁波的能流密度矢量 (也称为坡印亭矢量) 大小：单位时间内通过垂直于传播方向的单位面积的能量; 方向：电磁波的传播方向。 证明： 写成矢量即 ： 电磁波传播的过程也是一个能量传播的过程。 能流密度随时间变化，在实际应用中常以平均能流密度（也称波的强度）来反映波的能量传递。 对于光波， 为光强，所以光强正比于光矢量振幅的平方。 3. 电磁波的动量 单位体积内电磁波的动量为： 电磁波射到一个物体的表面上时会对表面产生压力。称为光压，可以通过实验精确地测出。 2. 电磁波的质量 根据狭义相对论的质能关系式 ，在电磁场存在的空间，单位体积内的质量（即物质密度）为： * 19世纪最伟大的实验大师。 法拉第主要从事电学、磁学、磁光学、电化学方面的研究，并在这些领域取得了一系列重大发现。 1820年奥斯特发现电流的磁效应之后，法拉第于1821年提出“由磁产生电”的大胆设想， 1822-1831年英国物理学家法拉第进行多次实验和研究在1831年发现电磁感应定律。这一划时代的伟大发现，使人类掌握了电磁运动相互转变以及机械能和电能相互转变的方法，成为现代发电机、电动机、变压器技术的基础。 爱因斯坦曾指出，场的思想是法拉第最富有创造性的思想，是自牛顿以来最重要的发现。麦克斯韦正是继承和发展了法拉第的场的思想，为之找到了完美的数学表示形式从而建立了电磁场理论。法拉第对科学坚韧不拔的探索精神，为人类文明进步纯朴无私的献身精神，连同他的杰出的科学贡献，永远为后人敬仰。 不但找到了磁生电的规律，更重要的是它揭示了电和磁的联系，为电磁理论奠定了基础。并且开辟了人类使用电能的道路。成为电磁理论发展的第一个重要的里程碑。 * 电流与电阻成反比，如果电阻很大，本该发生电磁感应现象，电流却为零，说明电磁感应最本质的是电动势． 闭合电路中有电流的根本原因是电路中存在电动势。 感应电流只不过是导体回路中存在感应电动势的对外表现而已。 ?也就是说，在任何电磁感应现象中，只要穿过回路的磁通量变化，回路中就一定有感应电动势产生。若导体回路是闭合的，感应电动势就会在回路中产生感应电流；若导线回路不是闭合的，回路中仍然有感应电动势，但是不会形成电流。 * 楞次定律指出感应电动势阻碍原磁通的变化，这在数学上如何体现？ 反映感应电动势的方向与磁通量变化之间的关系 * 这个从前以出土编钟闻名、现在因“中国专用汽车之都”著称的城市，如今因磁悬浮列车的到来而受到全国乃至全世界的关注。 若即若离”，是磁悬浮列车的基本工作状态。磁悬浮列车利用电磁力抵消地球引力，从而使列车悬浮在轨道上。在运行过程中，车体与轨道处于一种“若即若离”的状态，磁悬浮间隙约1厘米，因而有“零高度飞行器”的美誉。 利用两个磁铁同极性相对而产生的排斥力，使列车悬浮起来。这种磁悬浮列车车厢的两侧，安装有磁场强大的超导电磁铁。车辆运行时，这种电磁铁的磁场切割轨道两侧安装的铝环，致使其中产生感应电流，同时产生一个同极性反磁场，并使车辆推离轨面在空中悬浮起来。 * 电容器充电过程中，外力克服静电力做功转化为电容器的电能，当极板电压为U时电容器储能为： 同样考虑线圈，当它通有电流时，电源反抗自感电动势做的功。消耗的电能转化为磁场的能量。 一、自感磁能 电池 BATTERY R L ε 在如图电路中，闭合开关K后，由于线圈的自感作用，电灯泡逐渐变亮，根据欧姆定理 ，有： 在上式两边乘以idt后积分得： 结论：对自感为L的线圈来说，当其电流为I时，磁场的能量为： 电源所提供的能量 电阻上的热损耗 磁场的能量 二、 互感磁能 如图，闭合电路中的开关K1、K2,使线圈1电流从0到 I1 ,线圈2的电流从0到 I2 ,则两线圈除了储存自感磁能之外，还有互感磁能。 储存在磁场中的总磁能： 为线圈1的自感磁能 为线圈2的自感磁能 为两线圈互感磁能 三、磁场的能量 1. 磁场能量密度 对一个长直螺线管来说: 其磁场是在螺线管内，而且是均匀的，所以单位体积的磁场能量为: 真空： 介质： 定义磁场能量密度： 2. 磁场能量公式 任意磁场的能量计算公式为： 积分应遍及磁场存在的全空间。 电磁场的能量密度: 电场能量密度 磁场能量密度 电磁场的总能量: d r r l 1 R 2 R I I [