单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,第十三章 电磁场 电磁波,13-2,麦克斯韦方程组,13-1,位移电流 全电流定律,13-3,电磁波,1第十三章 电磁场 电磁波13-2 麦克斯韦方程组13-1,2,13-1,位移电流 全电流定律,电磁场的基本规律,静电场,恒定磁场,变化的磁场,变化的电场,213-1 位移电流 全电流定律电磁场的基本规律静电场恒定,3,一、位移电流,恒定磁场,非恒定，电容器充电,S,1,面,:,S,2,面,:,矛盾？,电容器充电,电容器破坏传导电流连续性,电流连续性应有,即,由电荷守恒有,S,是,S,1,和,S,2,构成闭合曲面，,q,c,是曲面内自由电荷。,3一、位移电流恒定磁场非恒定，电容器充电S1面:S2面:矛盾,4,代入（,1,）得,或,所以在非恒定情况下这种电流强度,永远是连续的,看成一种新的,电流密度,看成一种新的,电流强度,变成,如何把,4代入（1）得或所以在非恒定情况下这种电流强度永远是连续的看,5,电位移通量,定义：,位移电流强度,全电流,位移电流密度,全电流连续,位移电流概念：把变化的电场看作一种电流,5电位移通量定义：位移电流强度全电流位移电流密度全电流连,6,二、安培环路定理的普遍形式,-,全电流定律,或,微分表达式,例,1.,如图,L,1,和,L,2,是电路中的两个闭合圆环，判断,6二、安培环路定理的普遍形式-全电流定律或微分表达式例1.,7,例,2,.,点电荷,q,，以匀角速度,作半径为,R,的,圆周运动，,t,=,0,时，,q,在,x,0,=,R,，,y,0,= 0,。则圆心处,O,点的位移电流密度矢量,解：,求,圆心处,D,矢量,由于,点电荷,q,是,运动的，圆心处场强大小不变，方向在变，所以存在位移电流密度矢量。,7例2.点电荷q，以匀角速度 作半径为R的圆周运动，t =,8,二、,麦克斯韦方程组,13-2,麦克斯韦方程组,一、,麦克斯韦方程组的两个基本假设,1,.,涡旋电场假,设：,变化的磁场产生电场,。,2,.,位移电流假,设：,变化的电场产生磁场,。,（介质中）,微分表达式,各向同性介质物质方程,8二、 麦克斯韦方程组13-2 麦克斯韦方程组一、 麦克斯,9,13-3,电磁波,真空中，若,一、,变化的电磁场在空间的传播就是电磁波,介质方程,利用矢量分析可得,电场 的偏微分方程,同理得,磁场 的偏微分方程,由波动微分方程标准形式,真空中变化的电磁场是一种波动，称电磁波。,913-3 电磁波真空中，若一、变化的电磁场在空间的传播就是,10,二、电磁波的性质：,1,.,电磁波是横波,和,互相垂直，且都与传播方向垂直。,沿传播方向。,2.,和,同相位。,3,.,振幅比等于,u,，,或写成,4.,电磁波的传播速度大小为,10二、电磁波的性质：1.电磁波是横波和互相垂直，且都与传播,11,三、电磁场的能量,1,.,电磁场的能量密度,线性介质：,2.,能流密度（坡印亭矢量）,平面简谐波,电磁波的能流密度矢量又叫,坡印亭,矢量,平面电磁波的强度,式中,E,0,和,H,0,分别为电场强度和磁场强度的幅值。,11三、电磁场的能量1.电磁场的能量密度线性介质：2. 能流,12,无阻尼自由振荡，电容板上电量为,q,，,振荡电流为,i,，,总能量,-,谐振动微分方程,求导,由于,L,C,四、电磁波的产生,12无阻尼自由振荡，电容板上电量为 q，振荡电流为 i，总能,13,1,）发射高电磁能,-,使电路开放,2,）,能量,4,，,应减小,L,或,C,，,即可提高,。,L,C,+,(,a,),_,(,b,),L,C,+,_,(,c,),L,C,+,_,+,q,q,l,(,d,),从振荡电路过渡到振荡偶极子,131）发射高电磁能-使电路开放2）能量 4 ，应,14,五、偶极子发射电磁波,电偶极子的偶极距,如图所示,振荡电偶极子附近电场线的变化,在电场变化的周围也产生磁场,+,-,(,a,),+,-,(,b,),+,-,(,c,),+,-,(,d,),14五、偶极子发射电磁波 电偶极子的偶极距如图所示振荡电偶极,15,离偶极子足够远,r,波场，波阵面趋于球形，更远看成平面波。,波场区的电场和磁场线,+,-,极轴,传播方向,赤道面,子午面,15离偶极子足够远 r 波场，波阵面趋于球形，更远,16,可以证明,振荡偶极子辐射的电磁波,平均,辐射功率,偶极子辐射方向,电磁波谱,16可以证明振荡偶极子辐射的电磁波平均辐射功率偶极子辐射方向,17,例,1.,真空中沿,z,轴正向传播的平面电磁波的磁场强度表达式为,则它电场强度的表达式,真空介电常量和真空磁导率分别为,解：,17例1. 真空中沿z 轴正向传播的平面电磁波的磁场强度表达,18,电磁学总结,1,.,实验定律,2.,场的描述,关系,电场,磁场,18电磁学总结1.实验定律 2. 场的描述关系电场磁场,19,电荷离散分布,:,电荷连续分布：,4,.,场的基本定理,高斯定理,环路定理,点电荷叠加,:,3.,叠加原理,电场,磁场,19电荷离散分布:电荷连续分布：4.场的基本定理 高斯定,20,5,.,物质中的场,电位移矢量,磁介质,导体,导体的静电平衡条件,电容,电容的计算,电介质,电极化强度,顺磁，抗磁，铁磁,磁场强度,磁化强度,6,.,场的宏观表现（力）,电场,磁场,205.物质中的场电位移矢量磁介质导体导体的静电平衡条件电容,21,7,.,能量,8,.,电磁感应,（,1,）,法拉第电磁感应定律,动生电动势,感生电动势,电场,磁场,217.能量8.电磁感应（1）法拉第电磁感应定律动生电动势感,22,自感系数,自感电动势,互感系数,互感电动势,两线圈串联时自感,单一线圈磁能,两个线圈的磁能,（,2,）自感和互感,电磁波能流密度（坡印亭矢量）,22自感系数自感电动势互感系数互感电动势两线圈串联时自感单一,23,（,3,）,麦克斯韦电磁理论的两个基本假设,位移电流密度,位移电流强度,（,4,）,麦克斯韦方程组的积分方程,涡旋电场假,设：,变化的磁场产生电场,。,位移电流假,设：,变化的电场产生磁场,。,23（3）麦克斯韦电磁理论的两个基本假设位移电流密度位移电流,24,9,.,电磁场的一些典型结论：,点电荷电场强度,电偶极子延长线，中垂线上的场强,无限长带电直线场强,均匀带电细圆环轴线上场强,均匀带电球面场强,249. 电磁场的一些典型结论：点电荷电场强度电偶极子延长线,25,均匀带电球体场强,无限大均匀带电平面场强,导体表面场强,平行板电容器电容,电容并联,电容串联,25均匀带电球体场强无限大均匀带电平面场强导体表面场强平行板,26,直线电流磁场,无限长直线电流磁场,细圆环电流轴线上的磁场,圆电流中心的磁场,无限长螺线管内部磁场,(,或细螺绕环）,无限大均匀平面电流的磁场,26直线电流磁场无限长直线电流磁场细圆环电流轴线上的磁场圆电,27,理论推导与证明题,3.,简述顺磁质与抗磁质的磁化机理。,2.,试简述为什么质点系中的内力不能改变质点系中的总动量。,1.,利用“点电荷”证明静电场力为保守力。,4.,从牛顿定律出发，推导出刚体的定轴转动定律。,5.,一均匀带电球面和带电球体，它们的半径相同且总电荷相等，问哪一种情况的电场能量大？为什么？,6.,一个带电的金属球，当其周围是真空时，储存的静电能为 ，使其电量 保持不变，把它浸没在相对介电常数为 的无限大各项同性均匀介质中，这时它的静电能量有多大？,27理论推导与证明题3. 简述顺磁质与抗磁质的磁化机理。2.,28,7.,举例说明在选无穷远处为势能零点的条件下，带正电的物体的电势是否一定为正？电势等于零的物体是否一定不带电？,8.,电场强度的线积分 表示什么物理意义？对于静电场，它有什么特点？该线积分描述静电场的什么性质？,287. 举例说明在选无穷远处为势能零点的条件下，带正电的物,