1、電磁場的基本理論P(yáng)PT課件電磁場的基本理論P(yáng)PT課件1820年奧斯特年奧斯特電電磁磁1831年法拉第年法拉第磁磁電電產(chǎn)生產(chǎn)生產(chǎn)生產(chǎn)生變化的電場變化的電場磁場磁場變化的磁場變化的磁場電場電場激發(fā)激發(fā)?電磁場的基本理論P(yáng)PT課件l位移電流位移電流I Id d；l麥克斯韋（麥克斯韋（MaxwellMaxwell）方程組；）方程組；l電磁波性質(zhì)及能量。電磁波性質(zhì)及能量。電磁場的基本理論P(yáng)PT課件一、位移電流一、位移電流 1 1問題的提出問題的提出 將將H H的回路定理用于閉合的電流回路是沒有問題的回路定理用于閉合的電流回路是沒有問題 0Il dHL電磁場的基本理論P(yáng)PT課件用于不閉合的電流回路就出現(xiàn)了

2、矛盾。用于不閉合的電流回路就出現(xiàn)了矛盾。 例如例如,電容器的充電回路電容器的充電回路對對S1 （平面）（平面）: 0dIlHL對對S2 （曲面）（曲面）: 0d LlH矛盾矛盾! ! 1861年末年末，麥克斯韋提出重要的假設(shè)麥克斯韋提出重要的假設(shè): 電容器內(nèi)變化的電場也象電流一樣會(huì)產(chǎn)生磁場電容器內(nèi)變化的電場也象電流一樣會(huì)產(chǎn)生磁場電磁場的基本理論P(yáng)PT課件2. 2. 位移電流位移電流 tIDdd 位位 SDSDd D-為電位移的通量。為電位移的通量。 + - E I 傳 I 傳 S 充電時(shí)，板間為均勻電場充電時(shí)，板間為均勻電場 )d()d(dESDSD tIQSSdddd傳傳 tIDdd傳傳 傳

3、傳位位ItID dd 電磁場的基本理論P(yáng)PT課件討論討論（1）位移電流的大小：）位移電流的大?。篸tdStID dd位位將電容器中的電場隨時(shí)間變化產(chǎn)生的磁效應(yīng)，將電容器中的電場隨時(shí)間變化產(chǎn)生的磁效應(yīng)，等效為位移電流產(chǎn)生的。等效為位移電流產(chǎn)生的。整個(gè)電路中的電流就連續(xù)了。整個(gè)電路中的電流就連續(xù)了。（2）位移電流的方向：）位移電流的方向：的方向。的方向。即即dtDd同同向向與與則則的的方方向向，為為DIDdtDddtDdd, 0 電磁場的基本理論P(yáng)PT課件反反向向與與則則的的方方向向，為為DIDdtDddtDdd , 0（3）位移電流與其產(chǎn)生的磁場的方向：）位移電流與其產(chǎn)生的磁場的方向：滿足右手螺

4、旋滿足右手螺旋電磁場的基本理論P(yáng)PT課件（4）位移電流密度：）位移電流密度：dtdSId SSddSdtDdtdSSdjI dtDdjd 位移電流密度：位移電流密度： SdSdSdjSdtDI（5）全電流概念：）全電流概念：位移位移運(yùn)流運(yùn)流傳導(dǎo)傳導(dǎo)全全I(xiàn)III 全全I(xiàn)l dHL 電磁場的基本理論P(yáng)PT課件（6）位移電流與傳導(dǎo)電流異同：）位移電流與傳導(dǎo)電流異同：產(chǎn)生根源產(chǎn)生根源 q定向運(yùn)動(dòng)定向運(yùn)動(dòng) E E的變化的變化 存在于存在于 實(shí)物實(shí)物 實(shí)物或真空實(shí)物或真空 熱效應(yīng)熱效應(yīng) 產(chǎn)生焦耳熱產(chǎn)生焦耳熱 不產(chǎn)生焦耳不產(chǎn)生焦耳熱熱 磁效應(yīng)磁效應(yīng) 產(chǎn)生磁場產(chǎn)生磁場 產(chǎn)生磁場產(chǎn)生磁場 單位單位(SI) 安培

5、安培 安培安培 svqnI漂漂傳傳 tIDdd 位位電磁場的基本理論P(yáng)PT課件例例.半徑為半徑為R=0.1m 的兩塊圓形平板電容器的兩塊圓形平板電容器, 兩板兩板間距為間距為dR,充電過程某時(shí)刻兩板充電過程某時(shí)刻兩板之間電場的時(shí)之間電場的時(shí)間變化率為間變化率為 smVtE /10dd13求求：1、此時(shí)刻兩板間的此時(shí)刻兩板間的I位位; 2 2、兩板間離中心線、兩板間離中心線 r1=0.02m處處, r2=0.12m處的處的 B E I 傳 I 傳 L2 L1 R d r1 r2 電磁場的基本理論P(yáng)PT課件 E I 傳 I 傳 L2 L1 R d r1 r2 【解】【解】 因?yàn)橐驗(yàn)閐R,所以板間電

6、場所以板間電場 均勻均勻,忽略邊緣效應(yīng)。忽略邊緣效應(yīng)。 AtERtDRtID78. 2101085. 81 . 014. 3dddddd13122022 位位（2 2）全電流對中心線是對稱的）全電流對中心線是對稱的,它產(chǎn)生的磁場它產(chǎn)生的磁場對中心線也是對稱的。對中心線也是對稱的。 作回路作回路L1,L2 如圖所示。如圖所示。 電磁場的基本理論P(yáng)PT課件StDlHLSdd11 12101ddddd2SrtEStDrH 內(nèi)內(nèi)tErHdd210 內(nèi)內(nèi)tErHBdd21000 內(nèi)內(nèi)內(nèi)內(nèi)T.631271011110020210858104 tERrHdd2022 外外tErRHdd2022 外外TtEr

7、RHB6220001064. 4dd2 外外外外 E I 傳 I 傳 L2 L1 R d r1 r2 電磁場的基本理論P(yáng)PT課件二、二、 麥克斯韋方程組的積分形式麥克斯韋方程組的積分形式感生靜電EEE感生靜電DDD位移穩(wěn)恒BBB位移傳導(dǎo)HHH0 SSdB通量通量dVSdDVS0靜電0SdDS感生電磁場的基本理論P(yáng)PT課件通量通量00 SVSSdDdVSdD感生感生靜電靜電 0 SSdB環(huán)流環(huán)流dStDSdJl dHSSL 0 SLLSdtBl dEl dE感感生生靜靜電電0電磁場的基本理論P(yáng)PT課件dVSdDVS0SdtBdtdl dESmL0SSdBSdtDSdJIIl dHSSL0運(yùn)傳電磁

8、場的基本理論P(yáng)PT課件1. 1. 完善了宏觀的電磁場理論完善了宏觀的電磁場理論 四個(gè)微分方程四個(gè)微分方程DEBHJE0方程組在任何慣性系中形式相同方程組在任何慣性系中形式相同洛侖茲不變式洛侖茲不變式fqEqvB還有還有介質(zhì)方程介質(zhì)方程麥克斯韋的貢獻(xiàn)麥克斯韋的貢獻(xiàn)電磁場的基本理論P(yáng)PT課件一、電磁波的產(chǎn)生：一、電磁波的產(chǎn)生：LC 振蕩回路振蕩回路 L L i uc +q -q K )cos(0 tqqLC1 角頻率角頻率 q0為最大電荷為最大電荷 為初位相，可以設(shè)為初位相，可以設(shè) =0 tqq cos0 tIim sin 電磁場的基本理論P(yáng)PT課件即電荷，電流都是隨時(shí)間即電荷，電流都是隨時(shí)間t按

9、正弦（余弦）規(guī)律按正弦（余弦）規(guī)律變化的，是振蕩的。變化的，是振蕩的。 振蕩電流振蕩電流 變化的磁場變化的磁場 變化的電場變化的電場 變化的電場變化的電場 發(fā)射電磁波發(fā)射電磁波 電磁場的基本理論P(yáng)PT課件LC電電路中的電流在自感線圈中產(chǎn)生磁場，電容器上的電荷在電容器路中的電流在自感線圈中產(chǎn)生磁場，電容器上的電荷在電容器兩極板間產(chǎn)生電場。電流和電荷相互交替地周期性變化，兩極板間產(chǎn)生電場。電流和電荷相互交替地周期性變化，因此因此LC電電路路是能產(chǎn)生電磁振蕩的一種簡單電路。是能產(chǎn)生電磁振蕩的一種簡單電路。電磁場的基本理論P(yáng)PT課件l機(jī)械波必須有源，電磁波不一定需要源，機(jī)械波必須有源，電磁波不一定需要

10、源， 只要存在變化的電磁場，就可產(chǎn)生電磁只要存在變化的電磁場，就可產(chǎn)生電磁波。波。l電磁波傳播時(shí)不需要媒質(zhì)，在真空中也電磁波傳播時(shí)不需要媒質(zhì)，在真空中也能傳播，而機(jī)械波則不能。能傳播，而機(jī)械波則不能。l機(jī)械波有縱波，也有橫波，電磁波是橫機(jī)械波有縱波，也有橫波，電磁波是橫波。波。電磁場的基本理論P(yáng)PT課件E E y x Z H v 電磁波是平面波（橫電磁波是平面波（橫波），波），E和和H相互垂直，相互垂直，都垂直于傳播方向都垂直于傳播方向C。 CHE E E、H H同頻率，同相位地變化，同時(shí)極大，同頻率，同相位地變化，同時(shí)極大，同時(shí)為零。同時(shí)為零。電磁波的波速為電磁波的波速為 001 c1 v空

11、間任一點(diǎn)空間任一點(diǎn)E E、H H的關(guān)系的關(guān)系 HE 電磁場的基本理論P(yáng)PT課件能流密度能流密度 （輻射強(qiáng)度）（輻射強(qiáng)度）S定義：單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于傳播方向的單定義：單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于傳播方向的單位面積的輻射能。位面積的輻射能。 v222121HEwwwme wdAvdtwdVdW wvdAdtdWS wvS 能流密度能流密度電磁場的基本理論P(yáng)PT課件 HEHEEHEHHEHESHEv 2121121,122 HES 又稱坡印廷矢量又稱坡印廷矢量方向：方向：的的方方向向。即即決決定定由由vHES, E S H dA v vdt 電磁場的基本理論P(yáng)PT課件電磁波譜電磁波譜電磁場的基本理論P(yáng)PT課件電磁波的應(yīng)用電磁波的應(yīng)用從從1888年年赫茲赫茲用實(shí)驗(yàn)證明了電磁波的存在，用實(shí)驗(yàn)證明了電磁波的存在，1895年年俄國科學(xué)家波波夫發(fā)明了俄國科學(xué)家波波夫發(fā)明了第一個(gè)無線電報(bào)系統(tǒng)第一個(gè)無線電報(bào)系統(tǒng)。1914年年語音通信語音通信成為可能。成為可能。1920年年商業(yè)商業(yè)無線電廣播無線電廣播開始使用開始使用。20世紀(jì)世紀(jì)