南方醫(yī)科大學(xué)大學(xué)物理李貞姬ch76lzj

1、 基本要求基本要求1.理解位移電流的概念及其物理本質(zhì) 明確變化的電場(chǎng)可以產(chǎn)生磁場(chǎng)2.理解安培環(huán)路定理的一般形式3.理解麥克斯韋方程組的積分形式麥克斯韋麥克斯韋（james clerk maxwell 1831-1879james clerk maxwell 1831-1879) ) 麥克斯韋是19世紀(jì)偉大的英國(guó)物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家。2. 預(yù)言電磁波的存在1. 完善了宏觀(guān)的電磁場(chǎng)理論麥克斯韋的貢獻(xiàn)麥克斯韋的貢獻(xiàn)sstbd由電磁感應(yīng)定律知，感生電場(chǎng)與變化磁場(chǎng)之間的關(guān)系由電磁感應(yīng)定律知，感生電場(chǎng)與變化磁場(chǎng)之間的關(guān)系liled1. 1. 感生電場(chǎng)感生電場(chǎng)（induced electric field)變化

2、磁場(chǎng)變化磁場(chǎng)產(chǎn)生產(chǎn)生 ( (渦旋渦旋) ) 電場(chǎng)電場(chǎng)tb電磁感應(yīng)定律的實(shí)質(zhì)：電磁感應(yīng)定律的實(shí)質(zhì)：?jiǎn)栴}問(wèn)題1一一. .問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出產(chǎn)生磁場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)?te變化電場(chǎng)變化電場(chǎng)在僅考慮磁場(chǎng)隨在僅考慮磁場(chǎng)隨時(shí)間變化，時(shí)間變化，導(dǎo)線(xiàn)不動(dòng)的條件下導(dǎo)線(xiàn)不動(dòng)的條件下7-6 位移電流位移電流 電磁場(chǎng)理論電磁場(chǎng)理論 ( displacement current )如何解決矛盾如何解決矛盾? ?原因是傳導(dǎo)電流在兩個(gè)極板之間中斷了原因是傳導(dǎo)電流在兩個(gè)極板之間中斷了問(wèn)題問(wèn)題2lsisdjlhd1s2slir1s2slir對(duì)穩(wěn)恒電流對(duì)穩(wěn)恒電流對(duì)對(duì)s1面面對(duì)對(duì)s2面面lsdsjlh0d矛矛盾盾穩(wěn)恒磁場(chǎng)的安培環(huán)路定理已穩(wěn)

3、恒磁場(chǎng)的安培環(huán)路定理已不適用于非穩(wěn)恒電流的電路不適用于非穩(wěn)恒電流的電路2. 2. 安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理對(duì)非穩(wěn)恒電流對(duì)非穩(wěn)恒電流 lsisdjlhd思考：思考： 安培環(huán)路定律是恒定情形下的特殊規(guī)律，應(yīng)予安培環(huán)路定律是恒定情形下的特殊規(guī)律，應(yīng)予 以修正以修正假設(shè)：假設(shè)： 電容器內(nèi)存在一個(gè)稱(chēng)為電容器內(nèi)存在一個(gè)稱(chēng)為位移電流位移電流的物理量，與的物理量，與 變化的電場(chǎng)有關(guān)變化的電場(chǎng)有關(guān)假設(shè)：假設(shè)： 位移電流與傳導(dǎo)電流一樣產(chǎn)生磁效應(yīng)位移電流與傳導(dǎo)電流一樣產(chǎn)生磁效應(yīng)qsdds根據(jù)根據(jù)0sdtsdj位移電流與傳導(dǎo)電流共同構(gòu)成連續(xù)的位移電流與傳導(dǎo)電流共同構(gòu)成連續(xù)的閉合閉合電流電流位移電流與傳導(dǎo)電流一樣產(chǎn)生磁

4、效應(yīng)，安培環(huán)路定律修改為位移電流與傳導(dǎo)電流一樣產(chǎn)生磁效應(yīng)，安培環(huán)路定律修改為sjjlhdd)(d sltdjdjrdj0d)( d ssjj二二. .位移電流位移電流 ( displacement current )tqsjs d全電流定律全電流定律stdjlhsld)(d 三三. .位移電流、傳導(dǎo)電流的比較位移電流、傳導(dǎo)電流的比較1. 1. 共同點(diǎn)共同點(diǎn) 具有電流的磁效應(yīng)具有電流的磁效應(yīng)2. 2. 不同點(diǎn)不同點(diǎn)(1) (1) 產(chǎn)生機(jī)理不同產(chǎn)生機(jī)理不同(2) (2) 存在條件不同存在條件不同傳導(dǎo)電流傳導(dǎo)電流存在于導(dǎo)體中、介質(zhì)中存在于導(dǎo)體中、介質(zhì)中位移電流存在于真空中、導(dǎo)體中、介質(zhì)中位移電流存在

5、于真空中、導(dǎo)體中、介質(zhì)中(3) (3) 位移電流沒(méi)有熱效應(yīng)，傳導(dǎo)電流產(chǎn)生焦耳熱位移電流沒(méi)有熱效應(yīng)，傳導(dǎo)電流產(chǎn)生焦耳熱位移電流的實(shí)質(zhì)：位移電流的實(shí)質(zhì)：變化電場(chǎng)變化電場(chǎng)產(chǎn)生變化磁場(chǎng)產(chǎn)生變化磁場(chǎng)te例例 設(shè)平行板電容器極板為圓板，設(shè)平行板電容器極板為圓板，半徑為半徑為r ，兩極板間距為，兩極板間距為d , 用緩變電流用緩變電流 ic 對(duì)電容器充電對(duì)電容器充電cir1p2pdi求求 p1 , ,p2 點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度3p1r2r解解 任一時(shí)刻極板間的電位移任一時(shí)刻極板間的電位移d 極板間任一點(diǎn)的位移電流密度極板間任一點(diǎn)的位移電流密度tdjdt 21ritqsc由全電流安培環(huán)路定理由全電

6、流安培環(huán)路定理slcstdilhdd1p2pcirh12102ribc22 rh2202rribcdjr22qsdsd靜靜態(tài)場(chǎng)態(tài)場(chǎng)0dllelsstbldde渦旋電場(chǎng)渦旋電場(chǎng)ssd0d 四四. .麥克斯韋方程組的積分式麥克斯韋方程組的積分式 (maxwell equations) 0dssbslsdjlhd穩(wěn)恒電流穩(wěn)恒電流磁場(chǎng)磁場(chǎng)ssb0dslstdlhdd位移電流位移電流磁場(chǎng)磁場(chǎng)stdjlhsld)(d stblesldd 0d ssbqs d sd全電流定律全電流定律電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律磁通連續(xù)性原理磁通連續(xù)性原理高斯定理高斯定理麥克斯韋方程組麥克斯韋方程組無(wú)源區(qū)時(shí)變電磁場(chǎng)是有旋無(wú)散的

7、。電場(chǎng)線(xiàn)與磁場(chǎng)線(xiàn)相互無(wú)源區(qū)時(shí)變電磁場(chǎng)是有旋無(wú)散的。電場(chǎng)線(xiàn)與磁場(chǎng)線(xiàn)相互交鏈，自行閉合，從而在空間形成交鏈，自行閉合，從而在空間形成電磁波。電磁波。debhej 麥克斯韋方程的輔助方程麥克斯韋方程的輔助方程 電荷守恒定律電荷守恒定律)(bveqfbjebvef)(（時(shí)變電磁場(chǎng)）（時(shí)變電磁場(chǎng)） 洛倫茲力洛倫茲力洛倫茲力洛倫茲力公式公式各向同性線(xiàn)性介質(zhì)各向同性線(xiàn)性介質(zhì)狀態(tài)方程狀態(tài)方程tqsjs d 麥克斯韋方程是通過(guò)把個(gè)別的、特殊的麥克斯韋方程是通過(guò)把個(gè)別的、特殊的規(guī)律，推廣到一般情況而建立的，推廣規(guī)律，推廣到一般情況而建立的，推廣過(guò)程包含了一些假設(shè)，其正確性被后來(lái)過(guò)程包含了一些假設(shè)，其正確性被后來(lái)的

8、科學(xué)實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。的科學(xué)實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。麥克斯韋方程麥克斯韋方程連同連同電荷守恒定律電荷守恒定律和和洛侖茲力公式洛侖茲力公式這三大假這三大假設(shè)最終成為人們普遍接受的科學(xué)理論。設(shè)最終成為人們普遍接受的科學(xué)理論。2.2. 麥克斯韋電磁理論在微觀(guān)區(qū)域里不完全適麥克斯韋電磁理論在微觀(guān)區(qū)域里不完全適 用，它可以看作是量子電動(dòng)力學(xué)在某些特用，它可以看作是量子電動(dòng)力學(xué)在某些特 殊條件下的近似規(guī)律。殊條件下的近似規(guī)律。1. 1. 麥克斯韋方程可用于高速領(lǐng)域。麥克斯韋方程可用于高速領(lǐng)域。麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的局限性麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的局限性電磁場(chǎng)的動(dòng)量和能量滿(mǎn)足相對(duì)論關(guān)系電磁場(chǎng)的動(dòng)量和能量滿(mǎn)足相對(duì)論關(guān)系; ;smco/

9、103180* * 電磁場(chǎng)在真空中的傳播速度，就是光速，電磁場(chǎng)在真空中的傳播速度，就是光速，光就是電磁光就是電磁波。波。* * 電磁場(chǎng)具有能量密度電磁場(chǎng)具有能量密度 )(21hbdew* * 電磁場(chǎng)具有質(zhì)量密度電磁場(chǎng)具有質(zhì)量密度 2cw相對(duì)論質(zhì)能關(guān)系相對(duì)論質(zhì)能關(guān)系五五. .電磁場(chǎng)的物質(zhì)性電磁場(chǎng)的物質(zhì)性1. 1. 電磁場(chǎng)的物質(zhì)性電磁場(chǎng)的物質(zhì)性ccwp2電磁場(chǎng)具有統(tǒng)一性，相對(duì)性。具有能量、質(zhì)量、動(dòng)量電磁場(chǎng)具有統(tǒng)一性，相對(duì)性。具有能量、質(zhì)量、動(dòng)量等等物質(zhì)的一切重要屬性，物質(zhì)的一切重要屬性，它是物質(zhì)的一種形態(tài)。它是物質(zhì)的一種形態(tài)。* * 電磁場(chǎng)具有動(dòng)量密度電磁場(chǎng)具有動(dòng)量密度( (單位體積內(nèi)的動(dòng)量單位體

10、積內(nèi)的動(dòng)量) )，對(duì)于平面電磁，對(duì)于平面電磁波波1920年列別捷夫的光壓實(shí)驗(yàn)證明電磁場(chǎng)與實(shí)物間有動(dòng)量傳遞，并滿(mǎn)足守恒定律a a 電磁場(chǎng)以波的形式在空間傳播，而以粒子電磁場(chǎng)以波的形式在空間傳播，而以粒子( (光子光子) )的形式的形式和實(shí)物相互作用。光子沒(méi)有靜止質(zhì)量，而電子、質(zhì)子、和實(shí)物相互作用。光子沒(méi)有靜止質(zhì)量，而電子、質(zhì)子、中子等基本粒子卻具有靜止質(zhì)量。中子等基本粒子卻具有靜止質(zhì)量。2. 2. 電磁場(chǎng)和實(shí)物物質(zhì)的不同電磁場(chǎng)和實(shí)物物質(zhì)的不同 b b 實(shí)物可以以任意的速度實(shí)物可以以任意的速度( (但不大于光速但不大于光速) )在空間運(yùn)動(dòng)在空間運(yùn)動(dòng), ,其其 速度相對(duì)于不同的參考系也不同速度相對(duì)于不同的參考系也不同, ,但電磁場(chǎng)在真空中運(yùn)但電磁場(chǎng)在真空中運(yùn) 動(dòng)的速度永遠(yuǎn)是動(dòng)的速度永遠(yuǎn)是 ，并且其傳播速度在任何，并且其傳播速度在任何 參考系中都相同。參考系中都相同。sm/1038c c 一個(gè)實(shí)物的微粒所占據(jù)的空間不能同時(shí)為另一個(gè)微粒所一個(gè)實(shí)物的微粒所占據(jù)的空間不能同時(shí)為另一個(gè)微粒所 占據(jù)，但幾個(gè)電磁場(chǎng)可以相互疊加，可以同時(shí)占據(jù)同一占據(jù)，但幾個(gè)電磁場(chǎng)可以相互疊加，可以同時(shí)占據(jù)同一 空間?？臻g。 實(shí)物和場(chǎng)都是物質(zhì)存在的