电磁感应04电磁场与电磁波.ppt

（3） 在单位时间内流入的能量为 由于传导电流和位移电流都不随时间变化，故磁能 不随时间变化。但电场能量是随时间变化，所以，圆柱 体内单位时间内增加的电场能量为： 显然，单位时间内流入圆柱体的能量与圆柱体内 增加的能量相等。 Harbin Engineering University 孙秋华 解 由安培环路定律可求 B 则 例 1 有两个同轴圆筒形导体 , 其半径分别为R1和R2, 通过它们的电流均为I,但电流的流向相反.设在两圆筒间均匀磁介质的磁导率为? , 求其单位长度的磁能和自感L0 . 单位长度壳层体积 麦克斯韦（1831-1879）英国物理学家 . 经典电磁理论的奠基人 , 气体动理论创始人之一 . 他提出了有旋场和位移电流的概念 , 建立了经典电磁理论 , 并预言了以光速传播的电磁波的存在 .在气体动理论方面 , 他还提出了气体分子按速率分布的统计规律. 第4章 电磁场与电磁波 §4. 1 位 移 电 流 1865 年麦克斯韦在总结前人工作的基础上，提出完整的电磁场理论，他的主要贡献是提出了“有旋电场”和“位移电流”两个假设，从而预言了电磁波的存在，并计算出电磁波的速度（即光速）. 1888 年赫兹的实验证实了他的预言, 麦克斯韦理论奠定了经典动力学的基础，为无线电技术和现代电子通讯技术发展开辟了广阔前景. ( 真空中 ) （以 L 为边做任意曲面 S ） 稳恒磁场中,安培环路定理 - + I L 麦克斯韦假设 电场中某一点位移电流密度等于该点电位移矢量对时间的变化率. 位移电流密度 +++++ ----- I I A B 位移电流 位移电流密度 通过电场中某一截面的 位移电流等于通过该截面电 位移通量对时间的变化率. 全电流 +++++ ----- I I A B 1）全电流是连续的； 2）位移电流和传导电流一样激发磁场； 3）传导电流产生焦耳热，位移电流不产生焦耳热. 4) 位移电流可以存在于真空、介质，导体中，传导电流只 能存在 ++++ ---- 全电流 §4. 2 麦克斯韦电磁场方程组 磁场高斯定理 安培环路定理 静电场环流定理 静电场高斯定理 方程的积分形式 麦克斯韦电磁场 1）有旋电场 麦克斯韦假设 2）位移电流 上四式称为麦克斯韦方程组的积分形式。通过矢量分析，我们还可以给出麦克斯韦方程组的微分形式 ： 其中ρ0是自由电荷的体密度，j0是传导电流密度， 称为位移电流密度。 在介质内，上述麦克斯韦方程组尚不完备，还需补充三个描述介质性质的方程式。对于各向同性介质来说，我们有： 这里?r，?r和σ分别是相对介电常数、相对磁导率和电导率，最后一式是欧姆定律的微分形式。 例2 有一圆形平行平板电容器, .现对其充电,使电路上的传导电流 ,若略去边缘效应, 求 （1）两极板间的位移电流; （2）两极板间离开轴线的距离为 的点 处的磁感强度 . * 解: 2.5A 计算得 代入数据计算得 * ：《电磁场的动力学理论》 §4. 3 电 磁 波 以一个L-C振荡电路（如图）来说明电磁波的产生与传播。电路中储藏在电容器中的电场能与自感线圈中的磁场能交替变换，使电路中的电流和电量都做周期性的变化，因而产生了在电容器极板间周期性变化的电场和自感线圈中周期性变化的磁场。 4. 3 .1 电 磁 振 荡 L C K A 电荷和电流对应位移和速度，自感对应惯性 L + C A L C B L + C C L C D i i 在理想的 L-C 电路中，电磁能量是一守恒量，设任一瞬时电容器上的电量为q，电路中的电流为i，电路中总电磁能量为 ： 将此式对时间 t 求导，有 ： 考虑到i=dq/dt，di/dt=d2q/dt2，代入后整理得： 令ω2=1/LC，得： 这就是电磁振荡的振动方程，其周期和频率分别为： 这一电磁振荡就可以作为产生电磁波的波源。为了有效地把电路中的电磁能发射出去，一般还应满足以下条件： 1、频率必须足够高 ；2、电路必须开放，以便电、磁场能够分散到空间里 （成为偶极振子） 。 + 变化的电磁场在空间以一定的速度传播就形成电磁波. - + 振荡电偶极子 + - 电磁波的传播不象机械波那样需要媒质，在真空中也能传