《電磁場和電磁波》PPT課件.ppt

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1 一 位移電流 1 電磁場實(shí)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 第11章電磁場與電磁波 11 1位移電流麥克斯韋方程組 2 但是 在含電容器的線路中 穿過S1面 穿過S2面 那么安培環(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(shí)驗規(guī)律進(jìn)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 K 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 5 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d D dt間存在著一種對應(yīng)關(guān)系 同樣 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 6 3 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 7 4 全電流的安培環(huán)路定理及引入位移電流的物理意義 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(diǎn)已在實(shí)驗中得到了證實(shí) 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 8 3 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 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 9 5 位移電流與傳導(dǎo)電流之異同 不同處 相同處 都可以激發(fā)渦旋磁場 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 二 麥克斯韋方程組 2 電場強(qiáng)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(fù)值 3 通過任意閉合曲面的磁通量恒等于零 4 磁場強(qiáng)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 11 在有介質(zhì)存在時 E和B都與介質(zhì)的特性有關(guān) 還需要再補(bǔ)充描述介質(zhì)性質(zhì)的下述方程 式中的 分別是介質(zhì)的介電常數(shù) 磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率 由這些理論可預(yù)見電磁波的存在 并預(yù)言電磁波的傳播速度就是光速 即 在真空中 若將 0 4 7T m A 1 0 8 8542 12C2N 1代入上式中 可算得 與實(shí)驗吻合 12 三 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(yuǎn)重復(fù)下去 并由近及遠(yuǎn)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 13 平面電磁波的性質(zhì) 1 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(shí)驗首先證實(shí)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 可見光的波長范圍 能引起人的視覺的是電磁波中的E矢量 15 解 而在平行板電容器兩極板之間 而由電容器的定義有 16 例11 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(qiáng)度B 解 由于磁場對稱分布 即在環(huán)周上各點(diǎn)H值相等 所以 17 答 X軸正向 X軸負(fù)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(fù)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(biāo)X軸正方向回答 18 故應(yīng)選C 19 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(diǎn)處電場強(qiáng)度的方向和磁場強(qiáng)度的方向 所以 位置在極板中間對稱面上左側(cè)一點(diǎn)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 又電容器內(nèi)位移電流與導(dǎo)線上充電電流方向相同 20 答 選 C 21 例11 7加在平行板電容器極板上的電壓變化率為1 0 6V s 在電容器內(nèi)產(chǎn)生1 0A的位移電流 則該電容器的電容量為 F 解 位移電流公式 又由例7 1可得 代入數(shù)值可算得