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1頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月把安培環(huán)路定理推廣到電流變化的回路時出現(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？回顧前幾章的內容？原因？第2頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月里程碑(在100年左右的時間)1785年CoulombLaw靜電規(guī)律1791Volta電池動電規(guī)律

1820Oersted電

磁穩(wěn)恒磁場1831年Faraday電磁感應1865年Maxwell完善矛盾推廣假設完善本章思路：第3頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月§1位移電流與全電流定律一.關于1.從穩(wěn)恒電路中推出最初目的：避開磁化電流的計算2.傳導電流(電荷定向移動)熱效應產生磁場3.內：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4頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月在電容器充電過程中出現(xiàn)了矛盾在某時刻回路中傳導電流強度為取L如圖思考之一：場客觀存在環(huán)流值必須唯一思考之二：定理應該普適假設：電容器內存在一種類似電流的物理量計算H的環(huán)流取取第5頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月麥克斯韋假設位移電流的存在，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部存在一個物理量可以產生磁場起著電流的作用應是電流的量綱第6頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月在充放電過程中，平行板電容器內有哪些物理量？時刻有分析各量的量綱第7頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月

從量綱上進行尋找Maxwell定義：位移電流電流面密度第8頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月通過某個面積的位移電流就是通過該面積的電位移通量對時間的變化率位移電流密度定義第9頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月2.全電流定律電流概念的推廣能產生磁場的物理量1）傳導電流載流子定向運動2）位移電流第10頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月

電流概念的推廣僅僅從產生磁場的能力上定義－－僅此而已

位移電流與傳導電流的異同第11頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月

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電流只有位移電流平行板電容器板面積為S第12頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月（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處的磁感強度和r=R處的。第13頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月所以此時，Br。第14頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月所以此時，B。BrR第15頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月§2麥克斯韋方程組Maxwellequations一.積分形式通量第16頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)流通量第17頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月第18頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月二.微分形式積分形式微分形式第19頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月1.完善了宏觀的電磁場理論四個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方程麥克斯韋的貢獻第20頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月2.愛因斯坦相對論的重要實驗基礎3.預言電磁波的存在由微分方程出發(fā)在各向同性介質中且在情況下滿足的微分方程形式第21頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月§3電磁波是波動方程的形式對沿方向傳播的電磁場(波)有一.電磁波第22頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月波動方程任一物理量傳播方向物理量是波速是比較第23頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月基本性質：（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。（3），同相變化。且(4)波速真空第24頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月二.電磁波的能量能量密度輻射強度：單位時間內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25頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月三、電磁波譜按頻率或波長的順序把各種電磁波排列起來，就構成了電磁波譜。第26頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月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