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1、电磁场与电磁波第17章本章内容第1７章电磁场与电磁波§1７.1位移电流 全电流安培环路定律§1７.2麦克斯韦方程组§1７.3平面电磁波§1７.4电磁振荡与电磁辐射§1７.５电磁波谱作业教学基本要求一、理解位移电流的概念,能计算一些简单情况下的位移电流.三、了解麦克斯韦方程组及其物理意义.二、了解全电流的安培环路定律.四、理解电磁波的基本性质、电磁波的能量、能流及动量，并能进行一些简单的计算.第二节§1７.1位移电流 全电流安培环路定律引言引言恒定磁场的安培环路定理在电容器充(放)电情况中遇到的问题麦克斯韦研究产生
2、这种矛盾的原因,提出了位移电流假说全电流安培环路定理封闭周界非封闭非封闭非封闭两极板间中断非封闭分割公共周界线导线上有变化的传导电流位移电流位移电流充电过程中某时刻电场中也具有电流的量纲与等量值,并传导电流电路中称为位移电流作封闭面应用高斯定理麦克斯韦把电位移通量对时间的变化率：位移电流密度称为全电流二、全电流全电流传导电流位移电流定义:传导电流是由运动的电荷产生,在导体中传播时会产生焦耳热.位移电流仅由变化的电场所引起,它既可沿导体传播,也可脱离导体不产生焦耳热.在真空中传播,但全电流安培环路定理三、全电流安培
3、环路定理对恒定和非恒定情况均适用.例如,前述电容器充电的非恒定情况:全电流安培环路定理(全电流定理)传导电流位移电流磁场变化的电场予示产生的规律.定理表明都能产生磁场的空间例1一半径为R的圆形平行板电容器，内部均匀地填充了相对电容率为的电介质。在充电过程中的某一时刻，极板内的电场强度的变化率为，假设极板内的场强均匀分布，且不计边缘效应。试求：（1）导线中的充电电流；（2）两极板间离中心轴线距离为r的点P处的磁感强度的大小和方向。PR极板间总位移电流的大小为：解：（1）由，得：由全电流的连续性，可得电路中的充电电流
4、的大小为：（2）在两极板之间，以轴线为圆心，取一个半径为r的圆周为闭合回路L，如图所示。由于磁场的分布具有轴对称性，所以在圆周L上，各点的磁场强度的大小都相等，方向与电流成右手螺旋关系。由全电流安培环路定律得：PR磁场强度的大小为：其方向为圆周上点P的切线方向，而且与成右手螺旋关系。O回顾回顾麦克斯韦先后的两个重要发现变化的磁场感生电场（涡旋电场）例如螺线管充磁过程变化的电场变化的磁场例如电容器充电过程两极板间第二节§1７.2麦克斯韦方程组麦氏电磁场理论(中年)麦克斯韦(1831-1879)在充满变化的电场空间同
5、时也充满变化的磁场,反之亦然,二者相互联系,相互转化。电场和磁场的统一体称为电磁场。静电场和稳恒磁场都只不过是电磁场的两种特殊的表现形式。如果不考虑介质吸收电磁场的能量,则电场与磁场之间的相互转化过程会永远循环下去,形成相互联系在一起的不可分割的统一的电磁场运动,并由近及远地传播出去形成电磁波。定理推广1麦克斯韦对电场高斯定理环路定理磁场高斯定理环路定理的推广麦克斯韦认为:空间任一点的电场强度空间任一点的电位移矢量1.推广后的电场环路定理2.推广后的电场高斯定理的分布带电体对于电荷连续定理推广1麦克斯韦认为:1.
6、推广后的电场环路定理2.推广后的电场高斯定理3.推广后的磁场高斯定理4.推广后的磁场环路定理无论稳恒磁场或变化电场产生的磁场都是无源场所有的磁场线都是闭合曲线全电流安培环路定理推广后的安培环路定律就是方程组再现这就是著名的电磁场基本方程麦克斯韦方程组的积分形式方程组再现高斯公式斯托克斯公式divrot根据可以把麦克斯韦方程组由积分形式转换为微分形式divrotdivrot微分形式积分形式历史意义静电场恒定磁场变化电场变化磁场基本性质相互关系电磁运动普遍规律的精髓经典电磁场理论的基石几个例子:1.如图,平行板电容器
7、(忽略边缘效应)充电时,沿环路L1，L2磁场强度的环流中，必有:4.平行板电容器的电容C为20.0μF，两板上的电压变化率为dU/dt=1.5×105V/s，则该平行板电容器中位移电流为A。2.对位移电流，有下数四种说法，请指出哪一种说法正确?(A)位移电流是由变化的电场产生的。(B)位移电流是由线性变化的磁场产生的。(C)位移电流的热效应服从焦耳---楞次定律。(D)位移电流的磁效应不服从安培环路定理。3.在没有自由电荷和传导电流的变化电磁场中:3.05.平行板电容器的两板都是半径为R的圆形导体片,若两板上的电
8、荷面密度为,则两板间的位移电流6.空气电容器接在电动势为的电源两端,电源内阻忽略不计,现将B板以匀速拉开(如图所示),当两板间距离为时,电容器内位移电流密度的大小为_______.方向____________.第二节§1７.3平面电磁波赫兹的实验接高压电源振荡火花诱发火花赫兹(1857-1894)麦克斯韦于1862年预言电磁波的存在.25年后,赫兹于1887年首次从实验中
