大學(xué)物理學(xué)-位移電流與麥克斯韋方程組

11.2位移電流與麥克斯韋方程組1、電磁場實(shí)驗(yàn)規(guī)律的總結(jié)電場中的高斯定律磁場中的高斯定律法拉第電磁感應(yīng)定律安培環(huán)路定律第一種不對稱是兩個高斯定律：麥克斯韋發(fā)現(xiàn)有兩種不對稱：成立條件：自然界不存在磁單極。一、位移電流尋找磁單極（磁荷）

近代對磁單極的討論始于1931年狄拉克的一篇文章。狄拉克指出：磁單極的存在與電動力學(xué)不矛盾，而且由此可以導(dǎo)出電荷的量子化。電和磁不對稱

有一種大爆炸理論指出：在宇宙大爆炸后的10-35秒內(nèi)，宇宙的溫度為1030K，此時可以產(chǎn)生能量極高的磁單極。但是由于大爆炸引起的膨脹，使宇宙物質(zhì)的溫度很快下降。這樣，極性相反的磁單極就易于發(fā)生湮滅，使得宇宙中幸存的磁單極廖廖無幾。幾十年來，不少人千方百計(jì)地捕捉磁單極。N1975年夏，美國加利福尼亞大學(xué)和休斯頓大學(xué)的一個聯(lián)合科研小組聲稱發(fā)現(xiàn)了磁單極的痕跡。1982年2月14日下午1時53分，Cabrera（卡勃萊拉）他的儀器測到磁通量突然增高。經(jīng)過反復(fù)研究，卡勃萊拉認(rèn)為這是磁單極進(jìn)入鈮線圈引起的變化。到1982年3月11日為止，這個實(shí)驗(yàn)共做了151天。在這151天內(nèi)就只發(fā)生了這個事例，以后雖經(jīng)擴(kuò)大線圈面積再也沒有發(fā)現(xiàn)第二個事例。當(dāng)然要肯定這一結(jié)果，還必須能夠重復(fù)做出這個實(shí)驗(yàn)。超導(dǎo)鈮線圈

超導(dǎo)鉛箔圓筒屏蔽帶電粒子引起的磁通改變。直徑5cm鉛箔圓筒+N-S

如果能找到磁單極的話，電荷的量子化就能得到很好的解釋，現(xiàn)在的物理學(xué)也會有一個較大的變化，電磁場理論和量子電動力學(xué)需要做必要的修改，對宇宙的認(rèn)識也會更深入一步。電荷電場線磁荷磁場線（假想圖）R第二種不對稱是兩個環(huán)流定理：

沒有磁荷，所以沒有磁流；可以存在變化的電場？？

2、位移電流與全電流1）位移電流：電流在電容器處不連續(xù)，環(huán)路定理出現(xiàn)矛盾：

電和磁不對稱如果電場與電流等效，可解決上述矛盾，注意電路中電流i與極板間電位移矢量的關(guān)系：R又因電位移矢量的大?。蝴溈怂鬼f提出了一個大膽的假設(shè)：如果把極板間變化的電場看成電流，那么電路中的傳導(dǎo)電流，借助于極板中變化的電場這種電流可以連續(xù)，為此他定義位移電流：電流強(qiáng)度：電流密度：2）全電流：因此，全電流的安培環(huán)路定律為：通過某一截面的傳導(dǎo)電流和位移電流之代數(shù)和稱作為通過該截面的全電流，即

討論：

（1）對稱關(guān)系無磁流，有變化的磁場有電流，有變化的電場（2）渦旋磁場位移電流（變化的電場）和傳導(dǎo)電流一樣，可在其周圍空間激發(fā)起渦旋磁場，這一點(diǎn)已在實(shí)驗(yàn)中得到了證實(shí)。

變化的電場激發(fā)渦旋磁場變化的磁場激發(fā)渦旋電場右手螺旋法則左手螺旋法則

Maxwell方程的核心思想：

一個變化的電場將激發(fā)一個磁場。一個變化的磁場將激發(fā)一個電場，它們相互激發(fā)，相互依存，組成統(tǒng)一的電磁場。介電常數(shù)磁導(dǎo)率電導(dǎo)率描述介質(zhì)性質(zhì)的方程：

二、麥克斯韋方程組Maxwell方程的科學(xué)價值1）它完整地反映和概括了電磁場的運(yùn)動規(guī)律，能推斷和解釋一切電磁現(xiàn)象，且邏輯體系嚴(yán)密數(shù)學(xué)形式簡潔。2）它預(yù)言了光的電磁本性，將光學(xué)和電磁學(xué)統(tǒng)一起來。3）電磁場是最簡單的規(guī)范場，蘊(yùn)藏著完美的對稱結(jié)構(gòu)--時空對稱、電磁對稱--為相對論的產(chǎn)生提供了鄒形。4）它在技術(shù)上的應(yīng)用促進(jìn)了電子技術(shù)和生產(chǎn)力的高度發(fā)展，可以說近代一切電報、無線電、雷達(dá)、電視、電子計(jì)算機(jī)等……都只不過是麥克斯韋方程的應(yīng)用而已.1、隨時間變化的電場產(chǎn)生渦旋磁場，隨時間變化的磁場產(chǎn)生渦旋電場，并形成統(tǒng)一的電磁場。2、若變化的電場在其周圍空間激發(fā)起變化的渦旋磁場，則變化的磁場又在其周圍空間激發(fā)起變化的渦旋電場，電與磁的相互轉(zhuǎn)化重復(fù)下去，并由近及遠(yuǎn)地傳播開去，這就是電磁波。靜電場，穩(wěn)恒電場，穩(wěn)恒磁場只是電磁場的特殊情況。3、電磁波在真空中的傳播速度等于光在真空中的傳播速度，可見光波就是電磁波。在真空中與實(shí)驗(yàn)吻合

赫茲在1887年用實(shí)驗(yàn)首先證實(shí)了電磁波的存在三、電磁場與電磁波4、電磁波的性質(zhì)：1）電磁波是橫波，它的傳播不需要介質(zhì)；2）介質(zhì)中速度，真空中；3）空間任一點(diǎn)E和H大小有關(guān)系：；4）電磁波能產(chǎn)生反射和折射、干涉、衍射、偏振；5）電磁波的傳播總伴隨電磁能的傳播。5、電磁波譜電磁場：長波長、低頻率電磁輻射：短波長、高頻率無線電波微波紅外線可見光紫外線X射線r射線FREQUENCY

電磁波按波長或頻率的順序排列成譜，稱為電磁波譜。電磁輻射對人體的危害原理：熱效應(yīng)非熱效應(yīng)累積效應(yīng)人體中極性分子受到電磁波輻射后相互碰撞摩擦，引起機(jī)體升溫，從而影響體內(nèi)器官的正常工作。人體器官和組織都存在微弱、穩(wěn)定、有序的電磁場，受到外界電磁場的干擾后，即將遭到破壞，人體也會遭受損傷。肌體反復(fù)受到電磁波輻射，傷害程度發(fā)生累積，久之會成為永久性病態(tài)。長期接觸電磁波輻射的群體，即使功率很小，頻率很低，也可會誘發(fā)病變。6、電磁輻射危害與防護(hù)電磁輻射能否對人體造成傷害取決于三個因素：輻射時間長短電磁輻射強(qiáng)度大小人體和輻射源的距離2001年8月，中國消費(fèi)者協(xié)會發(fā)布第9號消費(fèi)警示：日常生活需防電磁輻射！專家提示：電磁輻射超過2mGs（毫高斯）便可危害人體健康。電器強(qiáng)度電器強(qiáng)度電器強(qiáng)度吸塵器200無繩電話200手機(jī)200電須刀100電熱毯100微波爐200傳真機(jī)40復(fù)印機(jī)40電腦100電飯鍋40電熨斗30吹風(fēng)機(jī)70電冰箱20音箱20洗衣機(jī)30VCD10空調(diào)20電視機(jī)20備注：單位mGs（毫高斯）輻射最強(qiáng)！例如圖，平板電容器（忽略邊緣效應(yīng)）充電時，沿環(huán)路L1、L2磁場強(qiáng)度H的環(huán)流中，必有：

答：選（C）

例半徑為R的兩塊圓板，構(gòu)成平行板電容器放