北京化工大學(xué)普通物理學(xué)16麥克斯韋方程組.ppt

1820年奧斯特,電,磁,1831年法拉第,磁,電,1865年麥克斯韋的兩個假設(shè),產(chǎn)生,產(chǎn)生,渦旋電場,位移電流,變化的磁場,電場,變化的電場,磁場,激發(fā),第十六章位移電流電磁場基本方程的積分形式,JamesClerkMaxwell（1831-1879）,麥克斯韋是經(jīng)典電磁理論的奠基人。他在電磁理論方面的工作可以和牛頓在力學(xué)方面的工作相媲美。他提出了有旋場和位移電流的概念,建立了經(jīng)典電磁場理論的完整體系,并預(yù)言了電磁波的存在。1873年他的電磁學(xué)通論問世，這是一本劃時代的巨著。是人類探索電磁規(guī)律的里程碑。,麥克斯韋簡介英國物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家麥克斯韋15歲就在“愛丁堡皇家學(xué)報”發(fā)表論文，1854年從劍橋大學(xué)畢業(yè)，1874年任卡文迪許實驗室的首任主任。他是氣體動理論的創(chuàng)始人之一，也是經(jīng)典電磁理論的奠基人。麥克斯韋雖然只活了49歲，但他卻寫了100多篇有價值的論文。愛因斯坦在紀念麥克斯韋100周年的文集中對他作出了很高的評價“這是自牛頓奠定理論物理學(xué)的基礎(chǔ)以來，物理學(xué)公理基礎(chǔ)的最偉大的變革，這樣一次偉大的變革是同法拉第、麥克斯韋和赫茲的名字永遠聯(lián)在一起的。這次革命的最大部分出自麥克斯韋?！?1.問題的提出,對穩(wěn)恒電流,對S1面,對S2面,矛盾,穩(wěn)恒磁場的安培環(huán)路定理已不適用于非穩(wěn)恒電流的電路,一、位移電流,變化的磁場激發(fā)電場(渦旋電場),變化的電場激發(fā)磁場,2.位移電流假設(shè),非穩(wěn)恒電路中，在傳導(dǎo)電流中斷處必發(fā)生電荷分布的變化,極板上電荷的時間變化率等于傳導(dǎo)電流,極板上電荷的變化必引起電場的變化,電位移通量,位移電流(電場變化等效為一種電流),(以平行板電容器為例),電位移通量的變化率等于傳導(dǎo)電流強度,一般情況位移電流,位移電流密度,位移電流與傳導(dǎo)電流連接起來恰好構(gòu)成連續(xù)的閉合電流,麥克斯韋提出全電流的概念,電流在空間永遠是連續(xù)不中斷的，并且構(gòu)成閉合回路,(全電流安培環(huán)路定理),麥克斯韋將安培環(huán)路定理推廣,全電流安培環(huán)路定理：,磁場強度沿任意閉合回路的環(huán)流等于穿過此閉合回路所圍曲面的全電流。,傳導(dǎo)電流和位移電流的比較,相同點：,在周圍空間激發(fā)磁場,激發(fā)的磁場為有旋場,和磁場方向滿足右手螺旋關(guān)系,不同點：,電荷激發(fā)變化電場激發(fā),存在于導(dǎo)體存在于真空、導(dǎo)體、電介質(zhì),產(chǎn)生焦耳熱無焦耳熱,是電荷的運動是電場的變化,(Hd為Id產(chǎn)生的渦旋磁場),對稱美,二、電磁場麥克斯韋電磁場方程的積分形式,法拉第電磁感應(yīng)定律說明：變化的磁場激發(fā)電場，麥克斯韋位移電流論點說明：變化的電場激發(fā)磁場；兩種變化的場永遠互相聯(lián)系著，形成統(tǒng)一的電磁場，這就是麥克斯韋電磁場理論的基本概念。,Maxwell的新思想：,1、渦旋電場變化的磁場產(chǎn)生電場,2、位移電流變化的電場產(chǎn)生磁場,前人的經(jīng)驗：,靜電場,穩(wěn)恒磁場,1、電場的性質(zhì),由靜電場中的高斯定理：,2、磁場的性質(zhì),在任意磁場中，通過任意閉合曲面的磁通量都等于零。,3、變化電場與磁場的關(guān)系,由全電流的安培環(huán)路定律,4、變化磁場和電場的關(guān)系,上式是麥克斯韋對法拉第定律的推廣。,總結(jié)Maxwell方程組：,1.電場的高斯定理,2.磁場的高斯定理,靜電場是有源場、感應(yīng)電場是渦旋場,傳導(dǎo)電流、位移電流產(chǎn)生的磁場都是無源場,3.電場的環(huán)路定理,4.全電流安培環(huán)路定理,靜電場是保守場,變化磁場可以激發(fā)渦旋電場,傳導(dǎo)電流和變化電場可以激發(fā)渦旋磁場,麥克斯韋用數(shù)學(xué)形式，系統(tǒng)而完美地概括了電磁場的基本規(guī)律，奠定了宏觀電磁場理論的基礎(chǔ)；預(yù)言了電磁波的存在；并指出光波也是電磁波，從而將電磁現(xiàn)象和光現(xiàn)象聯(lián)系起來。,說明,（1）形式上相同的表達式，其意義上截然不同（適用一般電磁場）,（2）反映了電磁場是一個整體,（3）方程組簡潔、全面、完整的反映了電磁場的基本規(guī)律和性質(zhì),麥克斯韋方程組：,判斷下列結(jié)論包含于或等效于哪一個方程式,（）,（）,（）,（）,（）,（）,電荷總伴隨有電場；,靜電場是保守場；,磁感線是無頭無尾的；,變化的磁場一定伴隨有電場；,感生電場是有旋場；,變化的電場總伴隨有磁場；,電場線的頭尾在電荷上；,（）,（）,（）,（）,（）,（）,（）,（）,謝謝大家！,