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1、 麦克斯韦麦克斯韦（1831-1879）英国物理学家英国物理学家 . 经典电磁理经典电磁理论的奠基人论的奠基人 , 气体动理论创气体动理论创始人之一始人之一 . 他提出了有旋场他提出了有旋场和位移电流的概念和位移电流的概念 , 建立了建立了经典电磁理论经典电磁理论 , 并预言了以并预言了以光速传播的电磁波的存在光速传播的电磁波的存在 .在气体动理论方面在气体动理论方面 , 他还提他还提出了气体分子按速率分布的出了气体分子按速率分布的统计规律统计规律.7. 8 7. 8 位位位位 移移移移 电电电电 流流流流 1865 年麦克斯韦在总结前人工作的基础年麦克斯韦在总结前人工作的基础 上，提出完整的
2、电磁场理论，他的主要贡献是上，提出完整的电磁场理论，他的主要贡献是提出了提出了“有旋电场有旋电场”和和“位移电流位移电流”两个假设，两个假设，从而预言了电磁波的存在，并计算出电磁波的从而预言了电磁波的存在，并计算出电磁波的速度（即速度（即光速光速）. 1888 年赫兹的实验证实了他的预言年赫兹的实验证实了他的预言, 麦克麦克斯韦理论奠定了经典动力学的基础，为无线电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技术和现代电子通讯技术发展开辟了广阔前景. ( 真空真空中中 )一、一、 位移电流位移电流 全电流安培环路定理全电流安培环路定理+-I（以（以 L 为边做
3、任意曲面为边做任意曲面 S ）稳恒磁场中稳恒磁场中,安培环路定理安培环路定理 麦克斯韦假设麦克斯韦假设 电场中某一点位移电流密度等于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该点电位移矢量对时间的变化率. 位移电流密度位移电流密度 +-IIAB 位移电流位移电流 位移电流密度位移电流密度 通过通过电场中某一截面的电场中某一截面的位移电流等于通过该截面电位移电流等于通过该截面电位移通量对时间的变化率位移通量对时间的变化率.+- 全电流全电流1）全电流是连续的；）全电流是连续的；2）位移电流和传导电流一样激发磁场；）位移电流和传导电流一样激发磁场；3）传导电流产生焦耳热，位移电流不产
4、生焦耳热）传导电流产生焦耳热，位移电流不产生焦耳热.+- 全电流全电流二、二、 电磁场电磁场 麦克斯韦电磁场方程的积分形式麦克斯韦电磁场方程的积分形式 磁场高斯定理磁场高斯定理 安培环路定理安培环路定理 静电场环流定理静电场环流定理 静电场高斯定理静电场高斯定理方方程程的的积积分分形形式式麦麦克克斯斯韦韦电电磁磁场场1）有旋电场）有旋电场麦克斯韦假设麦克斯韦假设2）位移电流）位移电流 例例1 有有一一圆形平行平板电容器圆形平行平板电容器, .现现对其充电对其充电,使电路上的传导电流使电路上的传导电流 ,若略去边缘效应若略去边缘效应, 求求（1）两极板间的位移电流）两极板间的位移电流;（2）两极
5、板间离开轴线的距离为两极板间离开轴线的距离为 的点的点 处的处的磁感强度磁感强度 . * 解解 如图作一半径如图作一半径 为为 平行于极板的圆形平行于极板的圆形回路，通过此圆面积的回路，通过此圆面积的电位移通量为电位移通量为计算得计算得代入数据计算得代入数据计算得*：电磁场的动力学理论电磁场的动力学理论电磁场的动力学理论电磁场的动力学理论 7.97.9 电电电电 磁磁磁磁 波波波波 的的的的 产产产产 生生生生 和和和和 传传传传 播播播播 以以一一个个L-C振振荡荡电电路路（如如图图）来来说说明明电电磁磁波波的的产产生生与与传传播播。电电路路中中储储藏藏在在电电容容器器中中的的电电场场能能与
6、与自自感感线线圈圈中中的的磁磁场场能能交交替替变变换换，使使电电路路中中的的电电流流和和电电量量都都做做周周期期性性的的变变化化，因因而而产产生生了了在在电电容容器器极极板板间间周周期期性性变变化化的的电电场场和和自自感感线线圈圈中中周周期期性变化的磁场。性变化的磁场。 L+CALCBL+CCLCD在在理理想想的的 L-C 电电路路中中，电电磁磁能能量量是是一一守守恒恒量量，设设任任一一瞬瞬时时电电容容器器上上的的电电量量为为q，电电路路中中的的电电流流为为i，电路中总电磁能量为电路中总电磁能量为 ：将此式对时间将此式对时间 t 求导，有求导，有 ：考虑到考虑到i=dq/dt，di/dt=d2
7、q/dt2，代入后整理得：代入后整理得：令令2=1/LC，得：得：这这就就是是电电磁磁振振荡荡的的振振动动方方程程，其其周周期期和和频频率率分别为：分别为： 这这一一电电磁磁振振荡荡就就可可以以作作为为产产生生电电磁磁波波的的波波源源。为为了了有有效效地地把把电电路路中中的的电电磁磁能能发发射射出出去去，一一般般还还应应满满足足以以下下条条件件： 1、频频率率必必须须足足够够高高 ；2、电电路路必必须须开开放放，以以便便电电、磁磁场场能能够够分分散散到到空空间间里里 （成成为为偶极振子）偶极振子） 。+ 变化的电磁场在空间以一定的速度传播就形成电磁波变化的电磁场在空间以一定的速度传播就形成电磁
8、波.-+振荡电偶极子振荡电偶极子+- 电电磁磁波波的的传传播播不不象象机机械械波波那那样样需需要要媒媒质质，在在真真空空中中也也能能传传播播 。电电磁磁振振荡荡的的传传播播，依依靠靠以以下下两两点点：1、变变化化的的磁磁场场激激发发涡涡旋旋电电场场；2、变变化化的的电电场场(位位移移电电流流)激发涡旋磁场。激发涡旋磁场。 不同时刻振荡电偶不同时刻振荡电偶极子附近的电场线极子附近的电场线+-振荡电偶极子附近的电磁场线振荡电偶极子附近的电磁场线经严格地推导，电磁波的性质可总结如下：经严格地推导，电磁波的性质可总结如下：1、在在远远离离电电偶偶极极子子处处，E和和H在在每每一一瞬瞬时时都都作作正正弦
9、弦或或余余弦弦函函数数的的周周期期性性变变化化，两两者者的的位位相相相相同同；而而且且还还可可证证明明，在在空空间间任任一一点点处处， E和和H之之间在量值上有下列关系：间在量值上有下列关系： 2、E和和H互互相相垂垂直直，且且均均与与传传播播方方向向垂垂直直。这说明电磁波是横波。这说明电磁波是横波。 4、电电磁磁波波的的传传播播速速度度的的大大小小v决决定定于于媒媒质质的的介介电电系系数数和和磁磁导导率率, 。在在真真空空中中为为 。由由于于理理论论计计算算结结果果和和实实验验所所测测定定的的真真空空中中的的光光速速恰巧相符合，因此肯定光波是一种电磁波。恰巧相符合，因此肯定光波是一种电磁波。
10、 5、振振荡荡电电偶偶极极子子所所辐辐射射的的电电磁磁波波的的频频率率，等等于于电电偶偶极极子子的的振振动动频频率率，E和和H的的振振幅幅都都与与频频率率的的平平方方成成正比。正比。 3、沿沿给给定定方方向向传传播播的的电电磁磁波波，E和和H分分别别在在各各自自的的平平面面上上振振动动，这这一一特特性性称称为为偏偏振振性性，一一个个偶偶极极振振子子辐射的电磁波，总是偏振的。辐射的电磁波，总是偏振的。 电磁波的能量电磁波的能量辐射能辐射能 ： 以电磁波的形式传播出去的能量以电磁波的形式传播出去的能量. 电磁波的能流密度电磁波的能流密度 电磁场能量密度电磁场能量密度 电磁波的能流密度（坡印廷）矢量电磁波的能流密度（坡印廷）矢量 电磁波的能流密度（坡印廷）矢量电磁波的能流密度（坡印廷）矢量 平面电磁波能流密度平均值平面电磁波能流密度平均值 760nm400nm 可见光可见光 电电 磁磁 波波 谱谱红外线红外线 紫外线紫外线 射射 线线X射线射线长波无线电波长波无线电波频率频率波长波长短波无线电波短波无线电波无线电波无线电波可见光可见光红外线红外线紫外光紫外光 射线射线 射线射线
