第二十三章 麥克斯韋方程組與電磁波

第二十三章麥克斯韋方程組與電磁波第一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四把安培環(huán)路定理推廣到電流變化的回路時(shí)出現(xiàn)了矛盾電流概念必須發(fā)展完善宏觀電磁場理論電場靜電場感生電場靜止電荷空間存在磁場穩(wěn)恒磁場空間存在恒定電流感生磁場？回顧前幾章的內(nèi)容？原因？第二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四里程碑(在100年左右的時(shí)間)1785年CoulombLaw靜電規(guī)律1791Volta電池動(dòng)電規(guī)律

1820Oersted電磁穩(wěn)恒磁場1831年Faraday電磁感應(yīng)1865年Maxwell完善矛盾推廣假設(shè)完善本章思路：第三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四§1位移電流與全電流定律一.關(guān)于1.從穩(wěn)恒電路中推出最初目的：避開磁化電流的計(jì)算2.傳導(dǎo)電流(電荷定向移動(dòng))熱效應(yīng)產(chǎn)生磁場3.內(nèi)：與回路套連的電流取值:通過以L為邊界的任一曲面的電流第四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四在電容器充電過程中出現(xiàn)了矛盾在某時(shí)刻回路中傳導(dǎo)電流強(qiáng)度為取L如圖思考之一：場客觀存在環(huán)流值必須唯一思考之二：定理應(yīng)該普適假設(shè)：電容器內(nèi)存在一種類似電流的物理量計(jì)算H的環(huán)流取取第五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四麥克斯韋假設(shè)位移電流的存在，提出全電流的概念，把安培環(huán)路定理推廣到非恒定情況下也適用，得到安培環(huán)路定理的普遍形式。二.位移電流全電流全電流定理1.位移電流平板電容器內(nèi)部存在一個(gè)物理量可以產(chǎn)生磁場起著電流的作用應(yīng)是電流的量綱第六頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四在充放電過程中，平行板電容器內(nèi)有哪些物理量？時(shí)刻有分析各量的量綱第七頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四

從量綱上進(jìn)行尋找Maxwell定義：位移電流電流面密度第八頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四通過某個(gè)面積的位移電流就是通過該面積的電位移通量對(duì)時(shí)間的變化率位移電流密度定義第九頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四2.全電流定律電流概念的推廣能產(chǎn)生磁場的物理量1）傳導(dǎo)電流載流子定向運(yùn)動(dòng)2）位移電流第十頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四電流概念的推廣僅僅從產(chǎn)生磁場的能力上定義－－僅此而已位移電流與傳導(dǎo)電流的異同第十一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四用全電流定律就可以解決前面的充電電路中矛盾只有傳導(dǎo)電流只有位移電流平行板電容器板面積為S第十二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四（1）電容器兩極板

間的位移電流（2）以兩板中心連線為軸，取半徑為r的圓形回路，應(yīng)用全電流定律例:有一平板電容器，兩極板是半徑R=0.1m的導(dǎo)體圓板，勻速充電使電容器兩極板間電場的變化率為。求：(1)Id；(2)兩極板間離兩板中心連線為r處的磁感強(qiáng)度和r=R處的。第十三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四所以此時(shí)，Br。第十四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四所以此時(shí)，B。BrR第十五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四§2麥克斯韋方程組Maxwellequations一.積分形式通量第十六頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四環(huán)流通量第十七頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四第十八頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四二.微分形式積分形式微分形式第十九頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四1.完善了宏觀的電磁場理論四個(gè)微分方程方程組在任何慣性系中形式相同洛侖茲不變式確定的邊界條件下解方程組還有介質(zhì)方程麥克斯韋的貢獻(xiàn)第二十頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四2.愛因斯坦相對(duì)論的重要實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)3.預(yù)言電磁波的存在由微分方程出發(fā)在各向同性介質(zhì)中且在情況下滿足的微分方程形式第二十一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四§3電磁波是波動(dòng)方程的形式對(duì)沿方向傳播的電磁場(波)有一.電磁波第二十二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四波動(dòng)方程任一物理量傳播方向物理量是波速是比較第二十三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四基本性質(zhì)：（1）電磁波是橫波，，，兩兩相互垂直。（2）偏振性，，分別在各自的平面方向上振動(dòng)。（3），同相變化。且(4)波速真空第二十四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四二.電磁波的能量能量密度輻射強(qiáng)度：單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于傳播方向單位面積上的輻射能，用表示。能量密度矢量（坡印廷矢量）：dAvdt第二十五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四三、電磁波譜按頻率或波長的順序把各種電磁波排列起來，就構(gòu)成了電磁波譜。第二十六頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四波長頻率主要用途名稱長波30000m~3000m中波3000m~200m中短波200m~50m短波50m~10m米波10m~1m10~100kHz100~1500kHz1.5~6MHz6~30MHz30~300MHz微波分米波厘米波毫米波1m~10cm10cm~1cm1cm~0.1cm300~3000MHz3000~300000MHz30000~3000000