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1、第十六章 麥克斯韋方程組 物理學(xué) 經(jīng)典電磁理論的奠基人 , 氣體動理論創(chuàng)始人之一. 提出了有旋場和位移電流的概念 , 建立了經(jīng)典電磁理論 , 并預(yù)言了以光速傳播的電磁波的存在. 在氣體動理論方面 , 提出了氣體分子按速率分布的統(tǒng)計規(guī)律.麥克斯韋（1831-1879）英國物理學(xué)家 第十六章 麥克斯韋方程組 物理學(xué) 麥 克 斯 韋 方 程 組 0d S sB 磁場高斯定理 IlHl d S sj d 安培環(huán)路定理 靜電場環(huán)流定理0d l lE 靜電場高斯定理 qVsD VS dd 第十六章 麥克斯韋方程組 物理學(xué) 12.7 與 變 化 電 場 相 聯(lián) 系 的 磁 場 IsjlH SL 1 dd +
2、- I（以 L 為邊做任意曲面 S ） IlHl d s sj d穩(wěn)恒磁場中, 安培環(huán)路定理 0dd 2 SL sjlH L1S 2S 第十六章 麥克斯韋方程組 物理學(xué) tStStqI ddd )(dddc tj ddc D ttD dddd ttDSI ddddc 麥克斯韋假設(shè) 電場中某一點位移電流密度等于該點電位移矢量對時間的變化率.SD+- ItDdd Dcj cj I AB 第十六章 麥克斯韋方程組 物理學(xué) 位移電流 tstDsjI SS dddddd tDj d 位移電流密度 通過電場中某一截面的位移電流等于通過該截面電位移通量對時間的變化率.+- dI cI 第十六章 麥克斯韋方程
3、組 物理學(xué) tIIlHL ddd cs （1）全電流是連續(xù)的；（2）位移電流和傳導(dǎo)電流一樣激發(fā)磁場；（3）傳導(dǎo)電流產(chǎn)生焦耳熱，位移電流不產(chǎn)生焦耳熱.+- dI cI s c d)(d stDjlHL 全電流dcs III 第十六章 麥克斯韋方程組 物理學(xué) RcI PQ Q cI* 例 有一圓形平行平板電容器, 現(xiàn)對其充電,使電路上的傳導(dǎo)電流 ，若略去邊緣效應(yīng), 求（1）兩極板間的位移電流; （2）兩極板間離開軸線的距離為 的點 處的磁感強(qiáng)度 . cm0.3RA5.2ddc tQI cm0.2r P 第十六章 麥克斯韋方程組 物理學(xué) tQRrtI dddd 22d QRr 22 D )( 2rD
4、 解 如圖作一半徑為 平行于極板的圓形回路，通過此圓面積的電位移通量為rRcI PQ Q cI*r 第十六章 麥克斯韋方程組 物理學(xué) ddcd IIIlHl tQRrrH dd) 2( 22 tQRrB dd 2 20tQRrH dd 2 2計算得 T1011.1 5B A1.1d I代入數(shù)據(jù)計算得RcI PQ Q cI*r 第十六章 麥克斯韋方程組 物理學(xué) 位 移 電 流 的 引 入 深 刻 地 揭 示 了 電 場 和 磁場 的 內(nèi) 在 聯(lián) 系 ， 反 映 了 自 然 界 對 稱 性 的 美 。法 拉 第 電 磁 感 應(yīng) 定 律 表 明 了 變 化 磁 場 能 夠產(chǎn) 生 渦 旋 電 場 ，
5、位 移 電 流 假 設(shè) 的 實 質(zhì) 則 是表 明 變 化 電 場 能 夠 產(chǎn) 生 渦 旋 磁 場 。 變 化 的電 場 和 變 化 的 磁 場 互 相 聯(lián) 系 ， 相 互 激 發(fā) ，形 成 一 個 統(tǒng) 一 的 電 磁 場 。 第十六章 麥克斯韋方程組 物理學(xué) 1865 年麥克斯韋在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上，提出完整的電磁場理論，他的主要貢獻(xiàn)是提出了“有旋電場”和“位移電流”兩個假設(shè)，從而預(yù)言了電磁波的存在，并計算出電磁波的速度（即光速）. 001c ( 真空中 ) 第十六章 麥克斯韋方程組 物理學(xué) 1888 年赫茲的實驗證實了他的預(yù)言, 麥克斯韋理論奠定了經(jīng)典動力學(xué)的基礎(chǔ)，為無線電技術(shù)和現(xiàn)代電子通
6、訊技術(shù)發(fā)展開辟了廣闊前景. 001c ( 真空中 ) 第十六章 麥克斯韋方程組 物理學(xué) 0d S sB Sl stDjlH d)(d 0 Sl stBlE dd qVsD VS dd 方程的積分形式麥克斯韋電磁場（1）有旋電場tDj ddd kE麥克斯韋假設(shè)（2）位移電流 第十六章 麥克斯韋方程組 物理學(xué) 麥 克 斯 韋 方 程 組 的 微 分 形 式 ： D 0 B tBE tDjH 麥 克 斯 韋 的 電 磁 理 論 的 特 點 ： 電場與磁場以及時間空間的明顯對稱性。 物理概念創(chuàng)新； 邏輯體系嚴(yán)密； 數(shù)學(xué)形式簡單優(yōu)美； 演繹方法出色； 第十六章 麥克斯韋方程組 物理學(xué) 第十六章 麥克斯韋
7、方程組 物理學(xué) 電 磁 振 蕩 電 磁 振 蕩 ：電荷和電流、電場和磁場隨時間作周期性變化的現(xiàn)象。LC 振蕩回路：K CL 第十六章 麥克斯韋方程組 物理學(xué) CL +q0- q0(1) CL I(2)CL +q 0- q0(3) CL I(4)LC 回路的振蕩過程 第十六章 麥克斯韋方程組 物理學(xué) 電容器電壓：回路方程： qLCtq 1dd 22 CL I自感電動勢：CqtIL dd CqVC CqtIL ddtqI dd 第十六章 麥克斯韋方程組 物理學(xué) LC1LC 2 12 oQI max電流： tqtqI sindd 0 tqq cos0 tII sin max 0max qI 電量：頻
8、率：LCT 2周期：電壓： tCqV cos0 第十六章 麥克斯韋方程組 物理學(xué) 在 LC 電路中，電流、電壓、電荷都隨時間作簡諧振動。結(jié) 論 ：電場能量：磁場能量： tCqCqW 2202e cos22 tqLLIW 22022m sin221 tCq 220 sin2 CqWWW 2 20me LC 電路的總能量： 第十六章 麥克斯韋方程組 物理學(xué) 電 磁 波 電 磁 波 有 效 發(fā) 射 的 兩 個 條 件 ： 振蕩頻率要高， 電路要開放。 LC 2 12 振蕩頻率：VnL 2振蕩偶極子 第十六章 麥克斯韋方程組 物理學(xué) H E SP 0p urtrpt,rE cos4 sin20 urt
9、rpt,rH cos4 sin20 第十六章 麥克斯韋方程組 物理學(xué) 平 面 電 磁 波 的 主 要 性 質(zhì) ：（1）電磁波是橫波。電矢量 與磁矢量 相互垂直， 的方向為電磁波的傳播方向。E HHE （2）電矢量 與磁矢量 的振動相位相同。 E H 00 HE 第十六章 麥克斯韋方程組 物理學(xué) （3）電磁波的傳播速度為：1u（4）真空中電磁波的傳播速度：)sm(10998.210410854.8 1 18 712 c HES （5）電磁波的能流密度（坡印廷矢量） ： 0021 HES 平均能流密度： 第十六章 麥克斯韋方程組 物理學(xué) 電磁波的能流密度： urtrpEHS 222 24203 c
10、os16 sin 22 24203 32 sinrpS 平均能流密度： S發(fā) 射 功 率 ： upP 12 420 第十六章 麥克斯韋方程組 物理學(xué) 電 磁 波 譜 第十六章 麥克斯韋方程組 物理學(xué) 名稱長波中波中短波短波米波微波分米波厘米波毫米波波長300003000m 3000200m 20050m 5010m 101m 10010cm 101cm 10.1cm 頻率10100kHz 1001500kHz 1.56MHz 630MHz 30300MHz 3003000MHz 300030000MHz 30000300000MHz主要用途越洋長距離通訊和導(dǎo)航無線電廣播電報通訊無線電廣播和電報通訊調(diào)頻無線電廣播、電視廣播和無線電導(dǎo)航電視、雷達(dá)、無線電導(dǎo)航等無 線 電 波 的 波 長 范 圍 和 用 途 ：無線電波 第十六章 麥克斯韋方程組 物理學(xué) 紅外線 ： 0.6 mm760 nm 熱效應(yīng)；不易被大氣和濃霧吸收?？梢姽猓?760 nm400 nm 能使人眼產(chǎn)生光的感覺。 紫外線： 400 nm5 nm有明顯的化學(xué)效應(yīng)和熒光效應(yīng)，也有較強(qiáng)的殺菌本領(lǐng)。 X射線： 0.04 nm5 nm 穿透能力強(qiáng)，在醫(yī)療上用于透視和病理檢查；在工業(yè)上用于檢查金屬材料內(nèi)部的缺陷和分析晶體結(jié)構(gòu)等。 第十六章 麥克斯韋方程組 物理學(xué) 射線：小于0.04 nm穿透力比X射線更強(qiáng)，對生物的破壞力很大。
清華大學(xué)自用大學(xué)物理一教學(xué)課件第十六章麥克斯韋方程組
