麦克斯韦方程组课件.ppt

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1、?第十一章第四讲本章共3.5讲第三篇相互作用和场第十一章变化中的磁场和电场§11.3位移电流麦克斯韦提出又一重要假设：位移电流随时间变化的磁场感生电场（涡旋电场）随时间变化的电场磁场对称性一.问题的提出稳恒磁场的安培环路定理：穿过以L为边界的任意曲面的传导电流非稳恒情况如何？非稳恒情况举例：电容器充放电取回路，作以为边界的曲面导线穿过导线不穿过说明将安培环路定理推广到一般情况时需要进行补充和修正.对矛盾！对出现矛盾的原因：非稳恒情况下传导电流不连续（流入，不流出）传导电流不连续的后果：电荷在极板上堆积

2、。电荷密度随时间变化（充电，放电）极板间出现变化电场.解决问题思路：寻找极板上传导电流与极板间变化电场之间的关系.大小：传导电流板间电场结论与同向与同向充电放电与反向与同向板间电场的电位移矢量对时间的变化率等于极板上的传导电流密度.穿过极板的电位移通量对时间的变化率等于极板上的传导电流.传导电流在极板上中断，可由接替；可由接替.传导电流密度在极板上中断，解决了非稳恒情况电流的连续性问题将视为一种电流，为其电流密度.问题的解决办法：充电放电二.位移电流1.就电流的磁效应而言，变化的电场与电流等效.称为位

3、移电流真空中：揭示变化电场与电流的等效关系2.物理意义空间电场变化电介质分子中电荷微观运动3.比较载流子宏观定向运动变化电场和极化电荷的微观运动只在导体中存在并产生焦耳热无焦耳热，在导体、电介质、真空中均存在都能激发磁场P334问题：比较导体、介质中数量级起源特点共同点传导电流位移电流三.安培环路定理的推广对对不矛盾！2.推广的安培环路定理1.全电流对任何电路，全电流总是连续的练习：P34411-19已知：对平行板电容器充电求：解：练习：设平行板电容器内交变电场强度：求：1）电容器内位移电流密度的大小

4、；2）电容器内到两板中心连线距离0.01米处磁场强度的峰值（不计传导电流的磁场）。解：1）2）作如图r＝0.01m的环路，由安培环路定理：§11.4麦克斯韦方程组的积分形式麦克斯韦是19世纪伟大的英国物理学家、数学家。主要从事电磁理论、分子物理学、统计物理学、光学、力学、弹性理论方面的研究。尤其是他建立的电磁场理论，将电、磁、光、统一起来，是19世纪物理学发展的最光辉的成果，是科学史上最伟大的综合之一。一.麦克斯韦方程组的积分形式高斯定理环路定理磁场电场静电场感生电场一般电场麦克斯韦方程组积分形式微分

5、形式二.意义1.是对电磁场宏观实验规律的全面总结和概括，是经典物理三大支柱之一.未发现磁单极法拉第电磁感应定律安培定律位移电流假设库仑定律感生电场假设电场性质变化磁场产生电场变化电场产生磁场磁场性质方程实验基础意义方程中各量关系：定义：2.揭示了电磁场的统一性和相对性电磁场是统一的整体电荷与观察者相对运动状态不同时，电磁场可以表现为不同形态.空间带电体对相对其静止的观察者—静电场对相对其运动的观察者电场磁场3.预言了电磁波的存在由自由空间（）麦克斯韦方程组微分形式出发，可以推导出（详见教材P428）波

6、动方程变化电场变化磁场变化电场磁场变化磁场电场可脱离电荷、电流在空间传播电磁波（自由空间）4.预言了光的电磁本性电磁波的传播速率实验证实：德国科学家赫兹（1888年完成）用电磁波重复了所有光学反射、折射、衍射、干涉、偏振实验.相距10米赫兹（德.1857～1894）互补法拉第：来自社会底层、实验巨匠.善于通过直觉把握物理本质.麦克斯韦：出身名门望族、数学高手、善于建立模型、综合、提高.大40岁历史之旅实验理论实验法拉第—麦克斯韦—赫兹蓝图（基础）建设大厦使其中住满人二者结合：理想类型的物理学家起初当我

7、看到你用这样的数学威力来针对这样的主题，我几乎吓坏了。后来我才惊讶地看到，这个主题居然处理得如此之好！－1857年法拉第给麦克斯韦的回信5.是经典物理—近代物理桥梁麦氏方程不满足伽利略变换相对论建立“我曾确信，在磁场中作用于一个运动电荷的力不过是一种电场力罢了，正是这种确信或多或少直接地促使我去研究狭义相对论.”——爱因斯坦创新物理概念（涡旋电场、位移电流）严密逻辑体系简洁数学形式（P337微分形式）正确科学推论（两个预言）在概括电磁经验规律的历史发展中，导致了力线的概念。用数学形式表达这一概念，给出

8、了麦克斯韦方程组。麦克斯韦方程组导致了场论的诞生，而场论至今仍然是粒子物理的中心论题。麦克斯韦方程组还导致了洛仑兹变换的概念，这个变换通过爱因斯坦的工作揭示了平直时空的几何。－－－摘自《杨振宁文录》电磁的经验规律－力线－麦克斯韦方程组（第一场论）－洛仑兹变换－平直时空的几何第二场论－弯曲时空的几何第三场论－非阿贝尔规范场－纤维丛几何6.局限性（1）是在承认电荷连续分布基础上建立的宏观经典理论，未和物质微观结构联系起来.（2）不完全对称？不存在磁单极.18