欢迎来到天天文库
浏览记录
ID:37558083
大小:472.71 KB
页数:43页
时间:2019-05-25
《内蒙古大学电磁学教案 第五章 电磁理论》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、内蒙古大学物理系教学课件第五章麦克斯韦电磁理论电磁波(Maxwell’selectromagnetictheory,electromagneticwave)∑位移电流(Displacementcurrent)∑麦克斯韦方程组(Maxwell’sequations)∑平面电磁波(Planeelectromagneticwave)∑偶极振子的辐射场电磁波谱(Dipoleoscillatorsradiationfield&EMwavespectrum)∑电路理论的局限性与似稳条件(Limitationsofcircuittheory&quasi-stationarycondition)本章的基本要求
2、1.确切理解位移电流及能流密度矢量两个基本概念;2.掌握麦克斯韦方程组及其无理意义;3.了解电磁波的一些重要特性。麦克斯韦(1831-1879)麦克斯韦是继法拉第之后,集电磁学大成的伟大科学家。他依据库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、萨伐尔、法拉第等前人的一系列发现和实验成果,建立了第一个完整的电磁理论体系,不仅科学地预言了电磁波的存在,而且揭示了光、电、磁现象的本质的统一性,完成了物理学的又一次大综合。这一理论自然科学的成果,奠定了现代的电力工业、电子工业和无线电工业的基础。麦克斯韦1831年6月出生于英国爱丁堡,他的父亲原是律师,但他的主要兴趣是在制作各种机械和研究科学问题,他这种对科学的强烈
3、爱好,对麦克斯韦一生有深刻的影响。§1麦克斯韦电磁理论一、本章的基本内容及研究思路到目前为止,我们分别介绍了相对于观察者静止的电荷所产生的静电场,运动电荷或电流所产生的磁场,而且通过法拉弟电磁感应定律认识到电场和磁场并不是彼此无关的。原来,磁场的变化可以产生电场,那末,电场的变化能否产生磁场呢?本章将回答这个问题,麦克斯韦引进了变化的电场产生磁场的概念(“位移电流”的假说),从而归纳成麦克斯韦方程组(1865年完成),形成了体系完整的电磁场理论,加深了人们对统一的电磁场的认识,前面我们学习的静电场和稳恒磁场只不过是统一的电磁场的一些特例。电磁场理论的一个重要成就,是揭示了实验测出的真空中的光速
4、c与纯粹的电磁量的联系1这样,就把光波和电磁波统一起来,C=µε00使我们对光的本质和物质世界的普遍联系的认识大大深入一步(光学被纳入到电磁场理论框架中进行研究)。爱因斯坦特殊相对论思想有很大一部分是从电磁现象中得到启发和总结出来的。电磁学的主要任务是在三个实验定律(库仑定律、毕奥—萨伐尔定律和法拉弟定律)的基础上,加上两条基本假说(涡旋电场、位移电流),建立描述电磁场运动的基本方程—麦克斯韦方程组。在此基础上预言了电磁波的存在,1888年赫兹用实验证明了电磁波的存在。本章首先总结了前面学过的有关电场和磁场的基本实验定律和定理,在此基础上引入了位移电流假设,推广了稳恒磁场的安培环路定理,从而建
5、立了麦克斯韦方程组,完成了基础物理电磁学部分的学习基本任务,最后还在方程组的基础上,介绍了电磁波的一些基本性质。二、位移电流(DisplacementCurrent)在稳恒条件下,安培环路定理为:式rrrr中I0为穿过以闭合回路L为边界的任∫H⋅dL=I0=∫∫j0⋅dS意曲面S的传导电流.该式对于非稳恒LSL电路,是否还成立呢?请看下图:rr对S1面而言有:∫H⋅dl=ILS1LCS2Irrrr对S2面而言有:∫H⋅dl=∫∫j0⋅dS=o~LSv即H对同一个闭合回路L的线积分得出不同的值。可见,对非稳恒电流,安培环路定理不再成立,必须加以修改。详细考察图中的情况,S1面上虽然没有传导电流I
6、,但在电容器中有电场且随时间变化,这个电场是由极板上的电荷dq产生的,且Ii与0的关系为:dtdq0I=dt至此,也大体看出了解决矛盾的线索。因为在非稳恒情况下电流的连续性方程给出:rrdq0式中q∫∫j⋅dS=−0为s面内电荷dts的代数和。根据电介质中的高斯定理rr(该式对非稳恒情况∫∫D⋅dS=q0仍成立)(s)vvvdvv∂Dv这样就有:∫∫j0⋅ds=−∫∫D⋅ds=−∫∫⋅dsdt∂t(S)()SS)(vv∂Dv⇒∫∫(j0+)⋅ds=0∂t(S)vvv∂Dvv∂Dv⇒∫∫(j0+)⋅ds=∫∫(j0+)⋅ds∂t∂t(S)(S)12vv∂D这就是说,j0+这个量永远是连续的。只要
7、边界L相同,∂t它在不同曲面S、S上的面积分相等。12rrrdΦD∂Dr令ΦD=∫∫D⋅dSId==∫∫⋅dSdt∂tdΦD具有电流强度的量纲,所以麦克斯伟称它为位移电流因为dt位移电流并不与任何电荷移动相联系,它仅仅是电位移通量变化率的一个代名词,它本质上是变化着的电场,位移电流密度。传导电流与位移电流合在一起,称为全电流全电流在任,。何情况下都是连续的所以,Maxwell假设:在非稳恒情况下,
此文档下载收益归作者所有