大学物理电磁场与电磁波解读.pptx
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1、陈海燕陈海燕以以L为边界有两个曲面为边界有两个曲面S1,S2H沿沿L的环流与曲面有关的环流与曲面有关.解决途径解决途径:一是建立新理论一是建立新理论;二是修正安培环路定理二是修正安培环路定理.2.位移电流假设位移电流假设分析平行板电容器的放电过程分析平行板电容器的放电过程(非稳恒电流情况非稳恒电流情况)A板上有正电荷板上有正电荷+,q=SB 板上有负电荷板上有负电荷-.当电容器放电时当电容器放电时jc为为传导电流密度传导电流密度6-5 位移电流位移电流 电磁场基本电磁场基本方程的积分形式方程的积分形式*一一.位移电流和全电流位移电流和全电流1.问题的提出问题的提出(1)变化的磁场能产生涡旋变化
2、的磁场能产生涡旋电场电场,变化的电场呢变化的电场呢?(2)安培环路定理在非稳恒安培环路定理在非稳恒电流的情况下是否适用电流的情况下是否适用?I 指传导电流指传导电流.而非稳恒情况下而非稳恒情况下,-+BA-+IS1LS2传导电流可能不连续传导电流可能不连续.BA-+IcIDjcjc考虑两板间的电场考虑两板间的电场:电位移矢量电位移矢量D大小为大小为:D=两板间两板间 jc=0,但当但当 变化时有变化时有:或者或者:通过截面的总电位移矢量通量为通过截面的总电位移矢量通量为 以以L为边界有两个曲面为边界有两个曲面S1,S2H沿沿L的环流与曲面有关的环流与曲面有关.解决途径解决途径:一是建立新理论一
3、是建立新理论;二是修正安培环路定理二是修正安培环路定理.2.位移电流假设位移电流假设分析平行板电容器的放电过程分析平行板电容器的放电过程(非稳恒电流情况非稳恒电流情况)A板上有正电荷板上有正电荷+,q=SB 板上有负电荷板上有负电荷-.当电容器放电时当电容器放电时jc为为传导电流密度传导电流密度Maxwell位移位移电流假流假设:BA-+IcIDjcjc可认为在两板间中断的传导可认为在两板间中断的传导且且dD/dt的方向与的方向与D的方向相反的方向相反.电流由电流由dD/dt 来接替了来接替了.电场中某一点位移电流密度电场中某一点位移电流密度jd 等等于该点电位移矢量对时间的变化于该点电位移矢
4、量对时间的变化率率;通过电场某一截面的位移电通过电场某一截面的位移电流流 Id 等于通过该截面电位移通等于通过该截面电位移通量量 对时间的变化率,即对时间的变化率,即IdBA-+IcIDjcjc考虑两板间的电场考虑两板间的电场:电位移矢量电位移矢量D大小为大小为:D=两板间两板间 jc=0,但当但当 变化时有变化时有:或者或者:通过截面的总电位移矢量通量为通过截面的总电位移矢量通量为 故中断了的传导电流故中断了的传导电流Ic由位移由位移电流电流Id 连续下去连续下去(电流连续电流连续).3.全全电流的安培流的安培环路定理路定理若电路中同时存在传导若电路中同时存在传导电流电流Ic 和位移电流和位
5、移电流Id则,则,Is=Ic+Id 叫全电流叫全电流磁场强度沿任意闭合回路的环磁场强度沿任意闭合回路的环流等于穿过此闭合回路所围曲流等于穿过此闭合回路所围曲面的全电流面的全电流全电流安培环全电流安培环路定理路定理.Maxwell位移电流假设位移电流假设:BA-+IcIDjcjc可认为在两板间中断的传导可认为在两板间中断的传导且且dD/dt的方向与的方向与D的方向相反的方向相反.电流由电流由dD/dt 来接替了来接替了.电场中某一点位移电流密度电场中某一点位移电流密度jd 等等于该点电位移矢量对时间的变化于该点电位移矢量对时间的变化率率;通过电场某一截面的位移电通过电场某一截面的位移电流流 Id
6、 等于通过该截面电位移通等于通过该截面电位移通量量 对时间的变化率,即对时间的变化率,即Id定理右边第一项表传导电流定理右边第一项表传导电流对磁场环流的贡献对磁场环流的贡献.定理右边第二项表位移电流定理右边第二项表位移电流对磁场环流的贡献对磁场环流的贡献.它们都满足右手关系它们都满足右手关系:HjcH4.传导电流与位移流与位移电流的比流的比较(1)在对磁场环流的贡献在对磁场环流的贡献,两者等效两者等效;故中断了的传导电流故中断了的传导电流Ic由位移由位移电流电流Id 连续下去连续下去(电流连续电流连续).3.全电流的安培环路定理全电流的安培环路定理若电路中同时存在传导若电路中同时存在传导电流电
7、流Ic 和位移电流和位移电流Id则,则,Is=Ic+Id 叫全电流叫全电流磁场强度沿任意闭合回路的环磁场强度沿任意闭合回路的环流等于穿过此闭合回路所围曲流等于穿过此闭合回路所围曲面的全电流面的全电流全电流安培环全电流安培环路定理路定理.理论和实践都证明理论和实践都证明:导体内的变导体内的变化电场所产生的位移电流几乎化电场所产生的位移电流几乎为零,完全可以忽略不计为零,完全可以忽略不计.(2)传导电流意味着电荷的流动传导电流意味着电荷的流动,位移电流意味着电场的变化位移电流意味着电场的变化;(3)传导电流通过导体时放出传导电流通过导体时放出焦耳热焦耳热,位移电流不产生焦耳热位移电流不产生焦耳热;
8、(4)通常电介质内主要是位移通常电介质内主要是位移电流电流,导体中主要是传导电流导体中主要是传导电流.(5)麦克斯韦第一假设麦克斯韦第一假设,即变化即变化的磁场在其周围空间激发涡旋的磁场在其周围空间激发涡旋电场电场.麦克斯韦第二假设麦克斯韦第二假设,即即位位移电流假设移电流假设,实质是变化的电实质是变化的电场场激发涡旋磁场激发涡旋磁场.例例1.有一半径有一半径R=3.0m的圆形平的圆形平行平板空气电容器行平板空气电容器.现对该电容现对该电容器充电器充电,使极板上的电荷随使极板上的电荷随定理右边第一项表传导电流定理右边第一项表传导电流对磁场环流的贡献对磁场环流的贡献.定理右边第二项表位移电流定理
9、右边第二项表位移电流对磁场环流的贡献对磁场环流的贡献.它们都满足右手关系它们都满足右手关系:HjcH4.传导电流与位移电流的比较传导电流与位移电流的比较(1)在对磁场环流的贡献在对磁场环流的贡献,两者等效两者等效;-Q+QRIcIc时间的变化率时间的变化率,即充电电路上的即充电电路上的传导电流传导电流IC=dQ/dt=2.5A.若略若略去电容器的边缘效应去电容器的边缘效应,求求(1)(1)两极两极板间的位移电流板间的位移电流;(2);(2)两极板间离两极板间离开轴线的距离为开轴线的距离为r=2.0cm的点的点P处处的磁感强度的磁感强度.解解 (1)两极板间的位移电流就两极板间的位移电流就两极板
10、的圆形回路由于两极两极板的圆形回路由于两极等于电路上的传导电流等于电路上的传导电流.rP(2)以半径以半径r 过过P点作一平行于点作一平行于板间的电场视为均匀场板间的电场视为均匀场,电电位移为位移为D=理论和实践都证明理论和实践都证明:导体内的变导体内的变化电场所产生的位移电流几乎化电场所产生的位移电流几乎为零,完全可以忽略不计为零,完全可以忽略不计.(2)传导电流意味着电荷的流动传导电流意味着电荷的流动,位移电流意味着电场的变化位移电流意味着电场的变化;(3)传导电流通过导体时放出传导电流通过导体时放出焦耳热焦耳热,位移电流不产生焦耳热位移电流不产生焦耳热;(4)通常电介质内主要是位移通常电
11、介质内主要是位移电流电流,导体中主要是传导电流导体中主要是传导电流.(5)麦克斯韦第一假设麦克斯韦第一假设,即变化即变化的磁场在其周围空间激发涡旋的磁场在其周围空间激发涡旋电场电场.麦克斯韦第二假设麦克斯韦第二假设,即即位位移电流假设移电流假设,实质是变化的电实质是变化的电场场激发涡旋磁场激发涡旋磁场.例例1.有一半径有一半径R=3.0m的圆形平的圆形平行平板空气电容器行平板空气电容器.现对该电容现对该电容器充电器充电,使极板上的电荷随使极板上的电荷随所以所以,P点的磁感强度点的磁感强度则穿过此圆的电通量为则穿过此圆的电通量为通过圆面积的位移电流为通过圆面积的位移电流为而极板间无传导电流而极板
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