清华大学大学物理电子教案 第18章麦克斯韦电磁场方程组和电磁波课件.ppt

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1、第18章麦克斯韦电磁场方程组§1位移电流感生磁场（第15.5节）§2麦克斯韦电磁场方程组1电场静电场感生电场静止电荷产生磁场稳恒磁场恒定电流产生是否存在感生磁场回顾前面几章所涉及的电场和磁场：由于存在是否由于本节要解决的问题2麦克斯韦假设了感生磁场的存在定义了位移电流发展了电流的概念完善了宏观电磁场理论是否存在感生磁场是否由于3一.关于1.从稳恒电路中推出最初目的：避开磁化电流的计算2.传导电流(由电荷定向移动而形成)具有热效应可产生磁场3.内：与回路套连的电流取值:通过以L为边界的任一曲面的电流§1位移电流感生磁场44.在电容器充电过程中出现了矛盾在某时刻回路中传导电流强度为i取L如图

2、计算H的环流若取以L为边界的曲面S1若取以L为边界的曲面S2得得5思考1：场客观存在环流值必须唯一思考2：定理应该普适若取以L为边界的曲面S1若取以L为边界的曲面S2得得麦克斯韦假设：位移电流的存在提出：全电流的概念得到：安培环路定理的普遍形式6二.位移电流全电流全电流定理1.位移电流平板电容器内部存在一个物理量该物理量功能：可以产生磁场起着电流的作用寻找该物理量：应是电流的量纲7在充放电过程中，平行板电容器内有哪些物理量呢？t时刻:分析各量的量纲得随时间变化的：8从量纲上进行寻找：Maxwell定义：displacementcurrent电流面密度9位移电流定义：通过某个面积的位移电流

3、就是通过该面积的电位移通量对时间的变化率即令则或为位移电流的面密度102.全电流定理电流概念的推广凡是能产生磁场的物理量均称电流1）传导电流载流子定向运动2）位移电流变化的电场全电流全电流定理11全电流全电流定理通常形式12讨论：1）电流概念的推广位移电流仅仅从产生磁场的能力上定义仅此而已2）其它方面均表现出与传导电流不同如在真空中位移电流不伴有电荷的任何运动所以谈不上产生焦耳热13一.积分形式通量§2麦克斯韦电磁场方程组14环流通量重新整合写成电场和磁场各两个方程15积分形式注意：16二.微分形式1.数学上的定理Gauss定理Stokes定理直角坐标系中172.微分形式积分形式微分形式

4、181.完善了宏观的电磁场理论四个微分方程在确定的边界条件下联合解上述方程原则上可解决电磁场的一般问题一个洛伦兹力三个介质方程三.麦克斯韦的贡献（）192.爱因斯坦相对论的重要实验基础3.预言电磁波的存在由微分方程出发在各向同性介质中且在情况下满足的微分方程形式是波动方程20是波动方程的形式对沿x方向传播的电磁场(波)有1886年赫兹发现了电磁波证实了麦的预言21电磁能量以波动的形式传播波动的物理量是E和H波速是平面波沿x传播平面波的波动方程为：任一波动物理量将电磁方程与波动方程比较可知：22真空中的波速光是电磁波电磁波是横波电磁波能量的传播一般介质的说明：与物质作用的主要物理量是电矢

5、量通常被称为光矢量折射率为所以能流密度矢量23E内I在输电线上电磁能量是沿导线由电磁场传输的：沿导线由电源传向负载沿导线径向由外向内传播以补偿导线上的焦耳热损耗HEnEtSSS00S=E内S结24