《大学物理》课件6.5麦克斯韦方程组.ppt

1、上页上页下页下页1.问题的提出问题的提出LIlHd1S2SLIR1S2SLIR对稳恒电流对稳恒电流对对S1面面LIlHd对对S2面面LlH0d矛矛盾盾稳恒磁场的安培环路定理已稳恒磁场的安培环路定理已不适用于非稳恒电流的电路不适用于非稳恒电流的电路2.位移电流假设位移电流假设 非稳恒电路中，在传导电流中断处必发生电荷分布的变化非稳恒电路中，在传导电流中断处必发生电荷分布的变化t/qIdd极板上电荷的时间变化率等于传导电流极板上电荷的时间变化率等于传导电流一、位移电流一、位移电流6.5 麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组上页上页下页下页 极板上电荷的变化必引起电场的变化极板上电荷的变化必引起电场的变化

2、t t)(tI)(tI tD电位移通量电位移通量S电位移通量的变化率等于传导电流强度电位移通量的变化率等于传导电流强度位移电流位移电流(电场变化等效为一种电流电场变化等效为一种电流)SDDSDttIddddd一般情况位移电流一般情况位移电流StDSd(以平行板电容器为例以平行板电容器为例)Dj位移电流密度位移电流密度DSD tDD SttD tqDDIttqIdddd上页上页下页下页 位移电流与传导电流连接起来恰好构成连续的闭合电流位移电流与传导电流连接起来恰好构成连续的闭合电流IRDI麦克斯韦提出全电流的概念麦克斯韦提出全电流的概念位移传导全III(全电流安培环路定理全电流安培环路定理)电流

3、在空间永远是连续不中断的，并且构成闭合回路电流在空间永远是连续不中断的，并且构成闭合回路LIIIlH位移传导全dSStDId传导麦克斯韦将安培环路定理推广麦克斯韦将安培环路定理推广若传导电流为零若传导电流为零LlHdSStDd上页上页下页下页3.位移电流、传导电流的比较位移电流、传导电流的比较(1)位移电流具有磁效应位移电流具有磁效应tIDddB与传导电流相同与传导电流相同(2)位移电流与传导电流不同之处位移电流与传导电流不同之处 产生机理不同产生机理不同 存在条件不同存在条件不同位移电流可以存在于真空中、导体中、介质中位移电流可以存在于真空中、导体中、介质中(3)位移电流不产生焦耳热，传导电

4、流产生焦耳热位移电流不产生焦耳热，传导电流产生焦耳热上页上页下页下页例例1设平行板电容器极板为圆板，半径为设平行板电容器极板为圆板，半径为R ，两极板间距为，两极板间距为d,用缓变电流用缓变电流 IC 对电容器充电对电容器充电CIR1P2P解解任一时刻极板间的电场任一时刻极板间的电场 极板间任一点的位移电流密度极板间任一点的位移电流密度由全电流安培环路定理由全电流安培环路定理1012 rIBCDI求求 P1,P2 点处的磁感应强度点处的磁感应强度22022rRIBC0EtDjDt 2RICSLCStDIlHddP1：P2：CIrH112DjrrH222220D上页上页下页下页二、麦克斯韦方程组

5、二、麦克斯韦方程组 Maxwell 的新思想：的新思想：1、涡旋电场涡旋电场 变化的磁场产生电场变化的磁场产生电场2、位移电流位移电流 变化的电场产生磁场变化的电场产生磁场 前人的经验前人的经验：QSDSd0LrE0d0SSB0d0LIrHd0静电场静电场稳恒磁场稳恒磁场上页上页下页下页 SSD0dStBrELSdd 静静电电场场QSDSd0LrE0d0涡涡旋旋电电场场稳稳恒恒磁磁场场SSB0d0LIrHd0涡涡旋旋磁磁场场 SSB0dStDrHLSdd 小结：小结：静电场是有源、有势场。静电场是有源、有势场。传导电流、位移电流产生的磁场都是无源、非势场。传导电流、位移电流产生的磁场都是无源、

6、非势场。涡旋电场是无源、非势场。涡旋电场是无源、非势场。表明：表明：表明：表明：上页上页下页下页1.电场的高斯定理电场的高斯定理SiqSDd2.磁场的高斯定理磁场的高斯定理表明：表明：0dSSB普遍情形下电磁场的规律普遍情形下电磁场的规律麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组SSDdSSDDd)(21Sd)EE(S210iqSSBdSSBBd)(21000表明：表明：静电场是有源场、感应电场是涡旋场静电场是有源场、感应电场是涡旋场传导电流、位移电流产生的磁场都是无源场传导电流、位移电流产生的磁场都是无源场上页上页下页下页3.电场的环路定理电场的环路定理StBtlESLdddd4.全电流安培环路定理全电流

7、安培环路定理SLd)(dSjlHtD静电场是保守场，变化磁场可以激发涡旋电场静电场是保守场，变化磁场可以激发涡旋电场传导电流和变化电场可以激发涡旋磁场传导电流和变化电场可以激发涡旋磁场LlEdLlEEd)(21SStBd0SStDdLlHdL21d)(lHHiI表明：表明：表明：表明：上页上页下页下页小结：小结：1.电场的高斯定理电场的高斯定理SiqSDd2.磁场的高斯定理磁场的高斯定理0dSSB静电场是有源场、感应电场是涡旋场静电场是有源场、感应电场是涡旋场传导电流、位移电流产生的磁场都是无源场传导电流、位移电流产生的磁场都是无源场3.电场的环路定理电场的环路定理StBtlESLdddd4.

8、全电流安培环路定理全电流安培环路定理SLd)(dSjlHtD静电场是保守场静电场是保守场,变化磁场可以激发变化磁场可以激发涡旋电场涡旋电场传导电流和变化电场可以激发涡传导电流和变化电场可以激发涡旋磁场旋磁场上页上页下页下页麦克斯韦麦克斯韦是是1919世纪伟大的英国物理学家、世纪伟大的英国物理学家、数学家。数学家。经典电动力学的创始人，统计物理学经典电动力学的创始人，统计物理学的奠基人之一。的奠基人之一。麦克斯韦麦克斯韦18311831年年6 6月月1313日出生于爱丁堡。日出生于爱丁堡。1616岁时进入爱丁堡大学，三年后转入剑桥大学学岁时进入爱丁堡大学，三年后转入剑桥大学学习数学，习数学，18

9、541854年毕业并留校任教，两年后到苏年毕业并留校任教，两年后到苏格兰的马里沙耳学院任自然哲学教授，格兰的马里沙耳学院任自然哲学教授，18601860年年到伦敦国王学院任教，到伦敦国王学院任教，18711871年受聘筹建剑桥大年受聘筹建剑桥大学卡文迪什实验室，并任第一任主任。学卡文迪什实验室，并任第一任主任。18791879年年1111月月5 5日在剑桥逝世。日在剑桥逝世。麦克斯韦集成并发展了法拉第关于电磁相麦克斯韦集成并发展了法拉第关于电磁相互作用的思想，并于互作用的思想，并于18641864年发表了著名的年发表了著名的电电磁场动力学理论磁场动力学理论的论文，将所有电磁现象概的论文，将所有电磁现象概括为一组偏微分方程组，预言了电磁波的存在，括为一组偏微分方程组，预言了电磁波的存在，并确认光也是一种电磁波，从而创立了经典电并确认光也是一种电磁波，从而创立了经典电动力学。麦克斯韦还在气体运动理论、光学、动力学。麦克斯韦还在气体运动理论、光学、热力学、弹性理论等方面有重要贡献。热力学、弹性理论等方面有重要贡献。麦克斯韦麦克斯韦James Clerk Maxwell（1831-1879)