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1、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.,14.4 位移电流 麦克斯韦电磁场理论,1865 年麦克斯韦在总结前人工作的基础 上，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）.,1888 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
2、阔前景.,( 真空中 ),引言：,静电场,稳恒磁场,电电,磁电,变化磁场,感应电场,变化电场,？,麦克斯韦又敏锐提出了：,变化电场,涡旋磁场,产生,如何提出？,感应磁场,1.引入,S1,S2,R,I,C,在电容器的充放电过程中：,以左极板边缘取为积分回路L，,并以L为边界作曲面S1、S2。(见130页),对S1面：,对S2面：,相矛盾！,安培环路定理有问题？,否！,安培环路定理对非稳恒情况不适用。,I,S1,极板,q(t),极板间D(t),S2,麦克斯韦分析矛盾后，指出：,大胆地从理论上提出：,位移电流的概念.,一、 位移电流,以左极板为例，如图取高斯面：,穿过S1的电流：,位移电流 变化电场
3、,若S2面不随时间t变化：,有电流的量纲,2.定义：,位移电流,位移电流密度：,电容充电：,电容放电：,结论：在电容器中，不计边缘效应 Id总=I，极板中断的电流由Id接替，保持电流的连续性。,位移电流：,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.,在非稳恒情况，往往是传导电流与位移电流同时 存在，两者之和的电流总是闭合的。,对S1面：,对S2面：,而：I = Id,3、位移电流（变化电场）产生的磁场。,Id在激发磁场方面完全等效于Ic Id所激发的磁场H(B)与其成右手螺旋关系：,4、传导电流与位移电流的比较,位移电流Id的实质是变化电场！,2. Ic产生焦耳热
4、而Id不产生焦耳热！,Ic 和Id以共同的形式激发磁场。,1. 传导电流Ic和电荷的宏观定向运动有关,而,共同点,不同点,3. Ic只存在于导体中，而Id可存在于导体、介质 和真空中。,二.全电流安培环路定理：,即：磁场强度H沿任意闭合环路的积分等于穿过此环路的传 导电流与位移电流的代数和。,三、麦克斯韦方程组的积分形式,变化磁场,产生电场,变化电场,产生磁场,稳恒 情况 的电 磁场 规律,将高斯定理也推广到一般：,电场：,自由电荷的电场,变化磁场的电场,任意电场,磁场,传导电流 I 的磁场,位移电流 Id的磁场,麦克斯韦方程组,麦克斯韦方程组 象一首美丽的诗 !,人们赞美,2.各方程的物理意
5、义：,1.麦克斯韦方程组：,(1)在任何电场中，通过任何闭合曲面的电通量等于该闭合曲面内自由电荷的代数和。有源场,(2)在任何磁场中，通过任何闭合曲面的磁通量恒等于0。 无源场,(3)一般地，电场强度E沿任意闭合环路的积分等于穿过该环路磁通量随时间变化率的负值。 有旋场,(4)磁场强度H沿任意闭合环路的积分，等于穿过该环路传导电流和位移电流的代数和。 有旋场,麦克斯韦完善了电磁场理论，预言了 电磁波的存在，并计算出电磁波在真空 的速度为：, 3108 m/s,14.5 电磁波,一、 电磁波的产生,1.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
6、磁波,二、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,三、 电磁波的能量密度,真空中,折射率,能流密度,dA,波的强度 I,结论：I 正比于 E02 或 H02,坡印亭矢量,（坡印亭矢量）,解决途径： (1)提高回路振荡频率,LC回路能否有效地发射电磁波,(1)振荡频率太低,LC电路的辐射功率,(2)电磁场仅局限于电容器和自感线圈内,LC回路有两个缺点：,(2)实现回路的开放,四、 振荡电路 赫兹实验,从LC振荡电路到振荡电偶极子,振子,发射,谐振器,接收,电磁
7、波的接收,赫兹-德国物理学家,赫兹对人类伟大的贡献是 用实验证实了电磁波的存在， 发现了光电效应。,1888年，成了近代科学史上的 一座里程碑。开创了无线电电子技术 的新纪元。,赫兹对人类文明作出了很大贡献，正当人们对他寄以更大期望时，他却于1894年因血中毒逝世，年仅36岁。为了纪念他的功绩，人们用他的名字来命名各种波动频率的单位，简称“赫”。,五、 电磁波谱,将电磁波按波长或频率的顺序排列成谱,电磁波的应用 从1888年赫兹用实验证明了电磁波的存在， 1895年俄国科学家波波夫发明了第一个无线电报系统。 1914年语音通信成为可能。 1920年商业无线电广播开始使用。 20世纪30年代发明
8、了雷达。 40年代雷达和通讯得到飞速发展， 自50年代第一颗人造卫星上天，卫星通讯事业得到迅猛发展。如今电磁波已在通讯、遥感、空间控测、军事应用、科学研究等诸多方面得到广泛的应用。,光是电磁波,可见光七彩颜色的波长和频率范围,课后练习: 选择题： 14-11, 12, 13，14, 20 计算题：14-26, 32,例2 一导线矩形框的平面与磁感强度为 的均匀磁场相垂直.在此矩形框上,有一质量为 长为 的可移动的细导体棒 ; 矩形框还接有一个电阻 ,其值较之导线的电阻值要大得很多.若开始时,细导体棒以速度 沿如图所示的矩形框运动,试求棒的速率随时间变化的函数关系.,方向沿 轴反向,棒的运动方程为,则,计算得棒的速率随时间变化的函数关系为,
