电磁场理论与电磁波.ppt

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1、第十八章电磁场理论基本概念与电磁波麦克斯韦麦克斯韦（1831-1879）英国物理学家.经典电磁理论的奠基人,气体动理论创始人之一.他提出了有旋场和位移电流的概念,建立了经典电磁理论,并预言了以光速传播的电磁波的存在.在气体动理论方面,他还提出了气体分子按速率分布的统计规律.基本内容1、涡旋电场和位移电流2、麦克斯韦方程组3、电磁波第十八章电磁场理论基本概念与电磁波自从1820年奥斯特发现电现象与磁现象之间的联系以后，由于安培、法拉第、亨利等人的工作，电磁学的理论有了很大发展。19世纪50年代，电磁技术也有了明显的进步，各种各样的电流计、电压计制造出来了，发电机、电动机已

2、从实验室步入了人生产和生活领域。有线电报也从实验室的研究走向社会。这时，电磁学范围已建立了许多定律、定理和公式。然而，人们迫切地希望能像经典力学归纳于牛顿定律和万有引力定律那样，也能对众多电磁学定律进行归纳总结，找出电磁学的基本方程。在这种情况下，麦克斯韦总结了前人的全部电磁学成就，针对变化磁场能激发电场，变化电场能激发磁场的现象，提出了有旋电场和位移电流的概念。从而于1864年归纳出了电磁场的基本方程，既麦克斯韦电磁场的基本方程。§1涡旋电场和位移电流由于变化磁场激起感生电场，则在导体内产生感应电流。这些感应电流的流线呈闭合的涡旋状，故称涡电流(涡流)。一涡旋电场1.

3、涡电流的应用高频感应炉金属杯金属块电磁灶涡流加热电磁阻尼：电磁仪表中，利用电磁阻尼使摆动的指针迅速停止在平衡位置上。1、问题的提出对稳恒电流S1：S2：矛盾稳恒磁场的安培环路定理已不适用于非稳恒电流的电路变化磁场产生感生电场变化电场产生磁场？二位移电流电荷分布的变化必引起电场的变化(以平行板电容器为例)2、麦克斯韦提出了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极板上电荷对时间变化率等于传导电流板内的传导电流：麦克斯韦假设电场中某一点位移电流密度等于该点电位移矢量对时间的变化率.电位移通量穿过S2曲面的电位移通量随时间的变化率等于穿过S1曲面的传

4、导电流。麦克斯韦引入位移电流假设：认为变化的电场可以等效为一种电流，称为位移电流。一般情况位移电流位移电流密度通过电场中某一截面的位移电流等于通过该截面电位移通量对时间的变化率.—变化电场等效为一种电流+++++-----麦克斯韦提出全电流的概念在普遍情形下，全电流在空间永远是连续不中断的，并且构成闭合回路。引入位移电流后，在电容器极板处中断的传导电流被位移电流接替，使得电路中的电流保持连续不断。位移电流与传导电流连接起来恰好构成连续的闭合电流。(全电流安培环路定理)麦克斯韦将安培环路定理推广若传导电流为零----变化的电场产生磁场三位移电流、传导电流的比较1.位移电流

5、具有磁效应2.位移电流与传导电流不同之处(1)产生机理不同(2)存在条件不同位移电流：不需要导体，可以存在于真空中、导体中、介质中。传导电流：需要导体3.位移电流没有热效应，传导电流产生焦耳热。位移电流和传导电流一样激发磁场位移电流：变化的电场传导电流：电荷的定向移动磁场高斯定理安培环路定理静电场环路定理静电场高斯定理§2麦克斯韦方程组1）有旋电场麦克斯韦假设2）位移电流变化磁场产生的感生电场是有旋场静止电荷产生的静电场是有源场传导电流和变化电场可以激发涡旋磁场传导电流、位移电流产生的磁场都是无源场麦克斯韦电磁场方程的积分形式：1865年麦克斯韦在总结前人工作的基础上，

6、提出完整的电磁场理论。他的主要贡献是提出了“有旋电场”和“位移电流”两个假设，从而预言了电磁波的存在，并计算出电磁波的速度（即光速）.1887年赫兹的实验证实了他的预言,麦克斯韦理论奠定了经典动力学的基础，为无线电技术和现代电子通讯技术发展开辟了广阔前景.(真空中)§3电磁波1.电磁波的产生凡做加速运动的电荷都是电磁波的波源。例如：天线中的振荡电流分子或原子中电荷的振动2.对电磁波平面简谐电磁波的性质(1)(2)电磁波是横波•的描述（平面简谐波）和传播速度相同、相位相同(3)量值上(4)波速(5)电磁波具有波的共性：在介质分界面处有反射和折射3.电磁波的能量密度真空中折

7、射率能流密度dA波的强度I结论：I正比于E02或H02,通常用其相对强度坡印亭矢量表示（坡印亭矢量）