大学物理课件：12-4 麦克斯韦方程组.pptVIP

第十三章 波 动 光 学 * * §12 - 4 麦克斯韦方程组 12 — 4 麦克斯韦方程组 电和磁之间有一定的联系， 电磁场统一理论。 一、位移电流 1、问题的提出： a、对于稳恒电流： —— L 所包围的电流。 b、对于非稳恒电流： 对S1面 对S2面 矛盾 b、对于非稳恒电流： 对S1面： 对S2面： 矛盾 可见，对于同一积分环路 L ： 出现非稳恒电流与传导电流不连续, 稳恒磁场中的安培环路定理，已不在适用于非稳恒电流的电路情况。 积分值不唯一,安培环路定理不适用. 2、怎么解决？ 2、怎么解决？ 有两条途径: 一是：提出新概念,建立新理论; 二是：在原有理论基础上,提出合理假设,来修正旧理论。 二、位移电流假设： 在 RC 电路充放电时， 通过导线的电流为 iC , 而该电流却在电容器极板处中断， 故通过环路 L 的电流为 iC , S1 S2 矛盾 对非稳恒电流来说：同一环路 L ，取不同曲面，导致环路积分的结果不同。 环路积分的结果不一致的原因是： 由电流连续性原理： 依据高斯定理： 则闭合曲面 S2 的电位移通量ΦD : ——（1） ——（2） 传导电流 iC 在被电容器极板隔断了，自由电荷积累在极板上。 自由电荷 q0 与电流 iC 的关系为： A B iC ——（1） ——（2） 联立（1）和（2）得： A B iC 联立（1）和（2）得： 故，导线中传导电流 iC 引起 C 极板上电荷的改变，q0 的变化使得两极板间的电场发生变化 D =εE 。 麦克斯韦称这种变化的电流为位移电流 Id: 注意： 位移电流与传导电流连接起来恰好构成连续的闭合电流。 麦克斯韦提出：全电流的概念 在普遍情形下，全电流在空间永远是连续不中断的，并且构成闭合回路。 麦克斯韦将安培环路定理推广： 麦克斯韦将安培环路定理推广： ——位移电流密度 所以，全电流 安培环路定理为： 当 I传导 = 0 时： 此式说明： 变化着的电场产生磁场。 变化电场产生磁场。 三、位移电流、传导电流的比较： 1、位移电流具有磁效应， 与传导电流相同。 2、位移电流与传导电流不同之处： (1) 产生机理不同 (2) 存在条件不同 变化电场产生磁场。 三、位移电流、传导电流的比较： 位移电流与传导电流 唯一共同点： 仅在于它们都可以在空间中激发磁场。 但二者本质是不同的： (1)位移电流的本质是变化着的电场； (1)位移电流的本质是变化着的电场； 而传导电流则是自由电荷的定向运动。 (2)传导电流通过导体时，产生焦耳热; 而位移电流则不会产生焦耳热。 (3)位移电流也即变化着的电场可以存在于真空、导体、电介质中； 而传导电流只能存在于导体中。 四、麦克斯韦方程组 1、电场的高斯定理： 静电场是有源场， 而感应电场是涡旋场。 2、磁场的高斯定理： 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。 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。 以上四个方程 —— 称为麦克斯韦方程组的积分形式。 麦克斯韦方程组能完全描述电磁场的所有动力学过程。 小结： 本章小结： 法拉第电磁感定律 动生电动势 感生电动势 涡旋电场 自感和互感 互感 位移电流 全电流 磁场能量 麦克斯韦方程组