熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡態(tài)及準(zhǔn)靜過程主講人：本章內(nèi)容位移電流全電流安培環(huán)路定律麥克斯韋方程組電磁波的性質(zhì)電磁波的產(chǎn)生與傳播電磁波的能量本章內(nèi)容第一節(jié)Amperecircuitaltheoremfortotalelectriccurrentdisplacementcurrent位移電流全電流安培環(huán)路定律匯報(bào)人：WPS引言K引言恒定磁場(chǎng)的安培環(huán)路定理在電容器充(放)電情況中遇到的問題麥克斯韋研究產(chǎn)生這種矛盾的原因,提出了位移電流假說全電流安培環(huán)路定理s封閉l周界非封閉s1非封閉s1非封閉s10ldHl2s對(duì)兩極板間中斷IcIcIc++++qq2s非封閉分割公共周界線ldHlIc對(duì)s1導(dǎo)線上有變化的傳導(dǎo)電流Ic位移電流位移電流一、充電過程中某時(shí)刻tFDtddqtdd電場(chǎng)中也具有電流的量綱與等量值,并Ic++++IcDcjqq+傳導(dǎo)電流Icqtdd電路中FDtdd稱為位移電流FDtddIDssFDDdsq作封閉面應(yīng)用s高斯定理麥克斯韋把電位移通量對(duì)時(shí)間的變化率：把eDte位移電流密度稱為eDtejD全電流全電流傳導(dǎo)電流+位移電流定義:傳導(dǎo)電流是由運(yùn)動(dòng)的電荷產(chǎn)生,在導(dǎo)體中傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生焦耳熱.位移電流僅由變化的電場(chǎng)所引起,它既可沿導(dǎo)體傳播,也可脫離導(dǎo)體不產(chǎn)生焦耳熱.在真空中傳播,但I(xiàn)DIcScjdS+SdSeDteIDIcsI+ScjdS+SDjdS二、全電流全電流安培環(huán)路定理對(duì)恒定和非恒定情況均適用.例如,前述電容器充電的非恒定情況:s1對(duì)0ldHlIc+Ic2s對(duì)FDtddId0ldHl+((IcldHlIdIcsI+jcds+eDteds全電流安培環(huán)路定理(全電流定理)ss傳導(dǎo)電流位移電流磁場(chǎng)變化的電場(chǎng)予示產(chǎn)生的規(guī)律.并定理表明都能產(chǎn)生,磁場(chǎng)Ic0在的空間ldlHeDtedss三、全電流安培環(huán)路定理例例題DH0RrlDH+++++D空氣eBHm0D0EIc0兩極板間電場(chǎng)均勻,極板半徑R例0充電過程已知求B分布tEdd則在處產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小為rH2pHrpR2()rRpr2()rRldlHsdsDddtDddtDddtrRrRH21B21m0e0R2rR2rH21rB21m0e0rDddtDddttEddtEdd式的右方無負(fù)號(hào),(或)的方向如何判斷？HBldlHsdsDddt回顧回顧麥克斯韋先后的兩個(gè)重要發(fā)現(xiàn)變化的磁場(chǎng)感生電場(chǎng)（渦旋電場(chǎng)）B()t0Bddt例如螺線管充磁過程LdlEBdtFdmBdssdtdsdtdBdsEBB變化的電場(chǎng)變化的磁場(chǎng)ldlHsDtdsdd例如電容器充電過程D()t0DddtH兩極板間第二節(jié)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論Maxwell'selectromagnneticfieldtheory麥?zhǔn)想姶艌?chǎng)理論(中年)麥克斯韋(1831-1879)在充滿變化的電場(chǎng)空間同時(shí)也充滿變化的磁場(chǎng),反之亦然,二者相互聯(lián)系,相互轉(zhuǎn)化。電場(chǎng)和磁場(chǎng)的統(tǒng)一體稱為電磁場(chǎng)。靜電場(chǎng)和穩(wěn)恒磁場(chǎng)都只不過是電磁場(chǎng)的兩種特殊的表現(xiàn)形式。如果不考慮介質(zhì)吸收電磁場(chǎng)的能量,則電場(chǎng)與磁場(chǎng)之間的相互轉(zhuǎn)化過程會(huì)永遠(yuǎn)循環(huán)下去,形成相互聯(lián)系在一起的不可分割的統(tǒng)一的電磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng),并由近及遠(yuǎn)地傳播出去形成電磁波。定理推廣1麥克斯韋對(duì)電場(chǎng)高斯定理環(huán)路定理磁場(chǎng)高斯定理環(huán)路定理的推廣麥克斯韋認(rèn)為:空間任一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度靜EE+E感空間任一點(diǎn)的電位移矢量靜DD+D感1.推廣后的電場(chǎng)環(huán)路定理ldlE+ldlE靜ldlE感0+((stBdseestBdseeldlEstBdsee2.推廣后的電場(chǎng)高斯定理感SdSD靜SdSD+SdSDSqi+0SqidVrV的分布帶電體對(duì)于電荷連續(xù)dSDSdVrV定理推廣1麥克斯韋認(rèn)為:1.推廣后的電場(chǎng)環(huán)路定理ldlEstBdsee2.推廣后的電場(chǎng)高斯定理dSDSdVrV3.推廣后的磁場(chǎng)高斯定理SdSB04.推廣后的磁場(chǎng)環(huán)路定理無論穩(wěn)恒磁場(chǎng)或變化電場(chǎng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)都是無源場(chǎng)所有的磁場(chǎng)線都是閉合曲線ldHlIDIcsI+ScjdS+SdSeDte((Scj+eDteSdldHl((Scj+eDteSd全電流安培環(huán)路定理推廣后的安培環(huán)路定律就是方程組再現(xiàn)這就是著名的電磁場(chǎng)基本方程麥克斯韋方程組的積分形式SdSB0ldHl((Scj+eDteSdldlEstBdseedSDSdVrV方程組再現(xiàn)高斯公式斯托克斯公式dSASdVVAdivdllAdssArot根據(jù)可以把麥克斯韋方程組由積分形式轉(zhuǎn)換為微分形式SdSB0ldHl((Scj+eDteSddSDSdVrVldlEstBdseerDdivtBeeErot0BdivHrotcj+eDte微分形式積分形式歷史意義電磁運(yùn)動(dòng)普遍規(guī)律的精髓靜電場(chǎng)與恒定磁場(chǎng)變化電場(chǎng)與變化磁場(chǎng)基本性質(zhì)及相互關(guān)系概括了經(jīng)典電磁場(chǎng)理論的基石十九世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展史上的里程碑電磁波+~electromagneticwave電磁波赫茲的實(shí)驗(yàn)接高壓電源振蕩火花誘發(fā)火花赫茲(1857-1894)麥克斯韋于1862年預(yù)言電磁波的存在.25年后,赫茲于1887年首次從實(shí)驗(yàn)中獲得了電磁波.將感應(yīng)線圈電極產(chǎn)發(fā)射:帶有筒球和鋅板的生的振蕩高壓,接至接收:彎成圓弧形的銅線兩端接有銅球,調(diào)節(jié)銅球間的距離,能產(chǎn)生誘發(fā)火花,表明接收到電磁波.產(chǎn)生振蕩火花,發(fā)射電磁波.導(dǎo)體棒,兩銅球之間電磁波的產(chǎn)生LC電磁振蕩電路LCEKLC電磁振蕩電路L+CAL+CCLCBLCD一、電磁波的產(chǎn)生與傳播電磁波的產(chǎn)生從LC振蕩電路到振蕩電偶極子~振蕩電路LCLC激勵(lì)源~激勵(lì)源振蕩電路LC半開放式~激勵(lì)源振蕩電路LC開放式~激勵(lì)源振蕩電偶極子一、電磁波的產(chǎn)生與傳播振蕩電偶極子基本物理模型振蕩電偶極子偶極矩cos0pwtpp0w振幅角頻率一對(duì)作周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)的正負(fù)電荷所形成的電偶極子振蕩偶極子輻射電磁波過程示意(步進(jìn)分解):p~+動(dòng)態(tài)振蕩過程t0+EE電偶極子的某一對(duì)電力線+HEE兩電荷相遇,電力線閉合,產(chǎn)生渦旋電場(chǎng)并激發(fā)磁場(chǎng).t4T+2TtHEHE振蕩電偶極子完成正半周的振蕩+HEHE34tTHEHE正負(fù)電荷反向相遇時(shí)新產(chǎn)生的渦旋電場(chǎng)繞向與t=T/4時(shí)的相反.+2T4tTHEHE變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)相互激發(fā),相互感生,向外傳播.+4t0T兩電荷相對(duì)靠近,電力線相對(duì)向外擴(kuò)展.EE+34tT2T振蕩電偶極子進(jìn)行負(fù)半周的振蕩HEHE過程瀏覽+EE+EEHEEHH++EEt=0t=T/4過程瀏覽EEHH+EEHH++HHEEEEHHt=T/2t=3T/4振子的電磁波場(chǎng)EH+~+~極軸在子午面(一系列包含極軸的平面)內(nèi).E在與赤道面平行的平面內(nèi).H振蕩電偶極子發(fā)射的電磁波續(xù)5EHOEEHHO+~rr+~振蕩電偶極子發(fā)射的電磁波在子午面(一系列包含極軸的平面)內(nèi).E在與赤道面平行的平面內(nèi).H傳播方向沿的方向.rEH與相互垂直.EH波場(chǎng)中任一點(diǎn)的+~+~極軸接收1超高頻發(fā)射機(jī)發(fā)射天線E該接收天線與E平行時(shí),感生電動(dòng)勢(shì).eilEdl的絕對(duì)值最大接收2超高頻發(fā)射機(jī)發(fā)射天線H該接收天線(平面線圈)的法線與H平行時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)eidFdt的絕對(duì)值最大電磁波動(dòng)方程介質(zhì)me,EHrqu極軸P~波速P~cos0wtpp0w振幅角頻率E和H的波動(dòng)方程cosprE.mp0w24..sinqw()turHemcospr.p0w24..sinqw()tur波動(dòng)因子均與rw2成比例EHme實(shí)驗(yàn)和理論還證明,波速u1em方向性因子q02qp波幅為零波幅最大p,二、電磁波的波動(dòng)方程平面電磁波OEH0電磁波的振幅ru介質(zhì)em,E.cosw()turE0HH0cosw()turHE~+遠(yuǎn)離偶極子處視為平面波波源平面電磁波的波動(dòng)方程性質(zhì)小結(jié)三、電磁波的基本性質(zhì)eEmH00且同頻率、同相位且都E構(gòu)成右旋直角坐標(biāo)E、H、uHucosprE.mp0w24..sinqw()turHemcospr.p0w24..sinqw()tur在真空中u1meuCuHE著重三點(diǎn):電磁波基本性質(zhì)電磁波的能量電磁場(chǎng)中某點(diǎn)某時(shí)刻的電場(chǎng)和磁場(chǎng)總能量密度wwewm+21eE2+mH2)(電磁波特性emEHem1uemEHu1EH)(Jm3回憶相關(guān)概念電場(chǎng)能量密度we21eE2磁場(chǎng)能量