《电磁场和电磁波》PPT课件.ppt

1 一 位移电流 1 电磁场实验规律的总结 电场中的高斯定理 磁场中的高斯定理 法拉第电磁感应定律 安培环路定理 第11章电磁场与电磁波 11 1位移电流麦克斯韦方程组 2 但是 在含电容器的线路中 穿过S1面 穿过S2面 那么安培环路定理 3 第一种不对称是两个高斯定理 第二种不对称是两个环流定理 麦克斯韦用对称性原理对电磁场的实验规律进行总结 发现有两种不对称 这很好解释 因为自然界不存在磁单极 4 考察如右充电电路 充分注意电路中电流i与极板间 D的关系 K 而假设高斯定理对变化电场也成立 则极板上的电荷与两极板间产生的电场存在着D 的关系 2 位移电流的引入 5 这就是说 电路中的传导电流i与穿过两极板间的电位移通量的变化率d D dt间存在着一种对应关系 同样 我们还可以建立起极板上的电流密度J与极板间的电位移的变化率dD dt之间的对应的关系 即 因此麦克斯韦提出了一个大胆的假设 如果把极板间变化的电场看成电流的话 那么电路中的传导电流 借助于极板中变化的电场这种电流 即位移电流 就连续起来了 为此麦克斯韦作出定义 6 3 全电流的概念 所谓全电流 通过某一截面的传导电流和位移电流之代数和称作为通过该截面的全电流 即 7 4 全电流的安培环路定理及引入位移电流的物理意义 全电流的安培环路定理 式中S是以l为周界所围面积 1 这说明位移电流和传导电流一样 可在其周围空间激发起涡旋磁场 这一点已在实验中得到了证实 2 这时H的环流与E 2 的环流不仅形式上而且在物理上也对称了 8 3 变化的电场激发的涡旋磁场间的关系遵从右手螺旋法则 积分对称关系 而变化的磁场激发的涡旋电场间的关系遵从左手螺旋法则 9 5 位移电流与传导电流之异同 不同处 相同处 都可以激发涡旋磁场 传导电流是自由电荷的定向移动 只能存在于导体或溶液中 位移电流不存在电荷的移动 而是电场对时间的变化率 即使在真空中也可有位移电流 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 10 二 麦克斯韦方程组 2 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的变化率的负值 3 通过任意闭合曲面的磁通量恒等于零 4 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 1 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 11 在有介质存在时 E和B都与介质的特性有关 还需要再补充描述介质性质的下述方程 式中的 分别是介质的介电常数 磁导率和电导率 由这些理论可预见电磁波的存在 并预言电磁波的传播速度就是光速 即 在真空中 若将 0 4 7T m A 1 0 8 8542 12C2N 1代入上式中 可算得 与实验吻合 12 三 麦克斯韦统一电磁场理论的基本思想 1 随时间变化的电场产生涡旋磁场 随时间变化的磁场产生涡旋电场 并形成统一的电磁场 2 若变化的电场在其周围空间激发起变化的涡旋磁场 则变化的磁场又在其周围空间激发起变化的涡旋电场 如无介质的吸收 电与磁的相互转化就会永远重复下去 并由近及远地传播开去 这就是电磁波 静电场 稳恒电场 稳恒磁场只是统一电磁场的特殊情况 3 电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度 可见光波就是电磁波 13 平面电磁波的性质 1 E H是同频率简谐振动且位相相同 2 电磁波是横波 E H的振动方向与电磁波的传播方向垂直 3 电磁波是偏振的 E H分别在在各自平面上振动 赫兹在1888年用实验首先证实了电磁波的存在 5 电磁波的传播速度由介质决定 是介质的介电常数 是介质的磁导率 14 电磁波谱 电磁波按波长或频率的顺序排列成谱 称为电磁波谱 可见光的波长范围 能引起人的视觉的是电磁波中的E矢量 15 解 而在平行板电容器两极板之间 而由电容器的定义有 16 例11 2半径为R的两块圆板 构成平行板电容器放在真空中 今对电容器匀速充电 使两板间电场的变化率为dE dt 求两板间的位移电流 并计算电容器内离两板中心连线r R处的磁感应强度B 解 由于磁场对称分布 即在环周上各点H值相等 所以 17 答 X轴正向 X轴负向 全电流连续 例11 3图示为一充电后的平行板电容器 A板带正电 B板带负电 将开关K合上时 A B之间的电场方向为 位移电流方向为 按图上所标X轴正方向回答 18 故应选C 19 例11 5圆形平行板电容器 开始充电 试画出充电过程中 极板间某点处电场强度的方向和磁场强度的方向 所以 位置在极板中间对称面上左侧一点P的 方向垂直向里 图中上极板充电时带正电 所以竖直向下 又电容器内位移电流与导线上充电电流方向相同 20 答 选 C 21 例11 7加在平行板电容器极板上的电压变化率为1 0 6V s 在电容器内产生1 0A的位移电流 则该电容器的电容量为 F 解 位移电流公式 又由例7 1可得 代入数值可算得