電磁感應(yīng)定律和位移電流課件

法拉第（MichaelFaraday,1791-1867），偉大的英國(guó)物理學(xué)家和化學(xué)家.他創(chuàng)造性地提出場(chǎng)的思想，磁場(chǎng)這一名稱是法拉第最早引入的.他是電磁理論的創(chuàng)始人之一，于1831年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，后又相繼發(fā)現(xiàn)電解定律、物質(zhì)的抗磁性和順磁性，以及光的偏振面在磁場(chǎng)中的旋轉(zhuǎn).2.5

電磁感應(yīng)定律和位移電流

麥克斯韋（1831-1879）偉大的英國(guó)物理學(xué)家,經(jīng)典電磁理論的奠基人,氣體動(dòng)理論創(chuàng)始人之一.他提出了渦旋電場(chǎng)和位移電流的概念,建立了經(jīng)典電磁理論,預(yù)言了以光速傳播的電磁波的存在,它奠定了現(xiàn)代的電力工業(yè)、電子工業(yè)和無(wú)線電工業(yè)的基礎(chǔ).在氣體動(dòng)理論方面,他還提出了氣體分子按速率分布的統(tǒng)計(jì)規(guī)律.1865年麥克斯韋在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上，提出完整的電磁場(chǎng)理論，他的主要貢獻(xiàn)是提出了“渦旋電場(chǎng)”和“位移電流”兩個(gè)假設(shè)，從而預(yù)言了電磁波的存在，并計(jì)算出電磁波的速度（即光速）.1888

年赫茲的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了他的預(yù)言,麥克斯韋理論奠定了經(jīng)典電磁學(xué)的基礎(chǔ)，為無(wú)線電技術(shù)和現(xiàn)代電子通訊技術(shù)發(fā)展開辟了廣闊前景.(真空中)2.5.1法拉第電磁感應(yīng)定律

英國(guó)科學(xué)家法拉第在實(shí)驗(yàn)中觀察和發(fā)現(xiàn)：當(dāng)導(dǎo)線回路所交鏈的磁通量隨時(shí)間改變時(shí),回路中將感應(yīng)一電動(dòng)勢(shì),該感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)正比于磁通（或磁鏈）的時(shí)間變化率。

法拉第電磁感應(yīng)定律2、麥克斯韋的兩個(gè)假設(shè)（1）、渦旋電場(chǎng)（或感生電場(chǎng)）隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)將激發(fā)渦旋電場(chǎng)渦旋電場(chǎng)（或感生電場(chǎng)）的性質(zhì)：渦旋電場(chǎng)的場(chǎng)線自行閉合；渦旋電場(chǎng)是非保守力場(chǎng)

若空間既存在由靜止電荷產(chǎn)生的保守電場(chǎng)，也存在渦旋電場(chǎng)，則總電場(chǎng)為兩者之和，即

1、面積不變磁場(chǎng)變化：2、面積變化磁場(chǎng)不變

：3、面積變化磁場(chǎng)變化

：2.5.2位移電流全電流安培環(huán)路定理

考慮一含平行板電容器的電路，分析電容器充電過(guò)程中電流的連續(xù)性和安培環(huán)路定理的適用性。

閉合電鍵，導(dǎo)線中有電流，電容器充電。(1)問(wèn)題的提出LI該傳導(dǎo)電流在電容器極板處中斷，不連續(xù)，電流I是非穩(wěn)恒的傳導(dǎo)電流；電容器充電，極板上電量增加，極板間存在時(shí)變的電場(chǎng)；選取一環(huán)路L，以L為共同邊界作兩個(gè)曲面S1、S2，對(duì)環(huán)路應(yīng)用適用于穩(wěn)恒電流的安培環(huán)路定理，得到兩種不同結(jié)論：原安培環(huán)路定理不適用于非穩(wěn)恒傳導(dǎo)電流情形！

能否把安培環(huán)路定理推廣到非穩(wěn)恒的情況呢？由電荷守恒定律知：由電場(chǎng)的高斯定理

LI上式表示回路中的傳導(dǎo)電流I等于穿過(guò)面S2的電位移通量對(duì)時(shí)間的變化率

麥克斯韋敏銳地意識(shí)到若將上式中也看作是“電流”，則非穩(wěn)恒傳導(dǎo)電流的不連續(xù)性、安培環(huán)路定理不能適用于非穩(wěn)恒傳導(dǎo)電流的兩個(gè)問(wèn)題均可解決。麥克斯韋提出“位移電流”，建立“全電流”概念。(2）位移電流ID

通過(guò)電場(chǎng)中某一截面的位移電流等于通過(guò)該截面電位移通量對(duì)時(shí)間的變化率.+++++-----電容器放電

麥克斯韋假設(shè)：電場(chǎng)中某一點(diǎn)位移電流密度等于該點(diǎn)電位移矢量對(duì)時(shí)間的變化率.位移電流密度位移電流的實(shí)質(zhì)是時(shí)變電場(chǎng)

“全電流”：既包括了電荷宏觀定向運(yùn)動(dòng)所引起的傳導(dǎo)電流Ｉ，還包括了時(shí)變電場(chǎng)的位移電流。2）“全電流”概念

全電流全電流安培環(huán)路定理全電流密度微分形式3）全電流總是連續(xù)的.1）位移電流和傳導(dǎo)電流一樣要激發(fā)磁場(chǎng)；2）傳導(dǎo)電流產(chǎn)生焦耳熱，位移電流不產(chǎn)生焦耳熱;兩點(diǎn)結(jié)論：（1）位移電流密度僅僅是電位移矢量的時(shí)間變化率，當(dāng)電位移矢量不隨時(shí)間變化時(shí)，（2）是磁場(chǎng)的渦旋源，時(shí)變電場(chǎng)產(chǎn)生時(shí)變磁場(chǎng)。位移電流和全電流：

穿過(guò)任意封閉曲面的各類電流之和恒為零，這就是全電流連續(xù)性原理。將其應(yīng)用于只有傳導(dǎo)電流的回路中，可知節(jié)點(diǎn)處傳導(dǎo)電流的代數(shù)和為零(流出的電流取正號(hào)，流入的電流取負(fù)號(hào))。這就是基爾霍夫(G.R.Kirchhoff)電流定律：∑I=0。對(duì)任意封閉曲面S有

微分形式

例2有一圓形平行平板電容器,.現(xiàn)對(duì)其充電,使電路上的傳導(dǎo)電流,若略去邊緣效應(yīng),求:（1）兩極板間的位移電流;（2）兩極板間離開軸線的距離為的點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度.*解:(1)通過(guò)整個(gè)極板圓面的電位移通量為計(jì)算得代入數(shù)據(jù)計(jì)算得*(2)如圖作一半徑為平行于極板的圓形回路，通過(guò)此圓面積的電位移通量為2.6麥克斯韋方程組積分形式微分形式麥克斯韋方程的輔助方程——本構(gòu)關(guān)系表征媒質(zhì)宏觀電磁特性的本構(gòu)關(guān)系為

對(duì)于各向同性的線