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1、上頁,下頁,返回,退出,上頁,下頁,返回,退出,位移電流電磁場(chǎng)理論,位移電流 電磁場(chǎng)理論,一、位移電流,1.,問題的提出,對(duì)穩(wěn)恒電流,對(duì),S,1,面,對(duì),S,2,面,矛盾,穩(wěn)恒磁場(chǎng)的安培環(huán)路定理已不適用于非穩(wěn)恒電流的電路,充電,放電,對(duì)于如圖所示的電容器充、放電過程,麥克斯韋（,J.C.Maxwell),簡(jiǎn)介,(1831-1879),一、生平,在法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律那一年，即,1831,年，麥克斯韋在英國的愛丁堡出生了。他從小聰明好問。父親是個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)師，很賞識(shí)自己兒子的才華，常帶他去聽愛丁堡皇家學(xué)會(huì)的科學(xué)講座。十歲時(shí)送他到愛丁堡中學(xué)。在中學(xué)階段，他就顯示出了在數(shù)學(xué)和物理方面的才能，十五歲那
2、年就寫了一篇關(guān)于卵形線作圖法的論文，被刊登在,愛丁堡皇家學(xué)會(huì)學(xué)報(bào),上。,1847,年，十六歲的麥克斯韋考入愛丁堡大學(xué)。,1850,年又轉(zhuǎn)入劍橋大學(xué)。他學(xué)習(xí)勤奮，成績(jī)優(yōu)異，經(jīng)著名數(shù),學(xué)家霍普金斯和斯托克斯的指點(diǎn)，很快就掌握了當(dāng)時(shí)先進(jìn)的數(shù)學(xué)理論。這為他以后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。,1854,年在劍橋大學(xué)畢業(yè)后，曾先后任亞伯丁馬里夏爾學(xué)院、倫敦皇家學(xué)院和劍橋大學(xué)物理學(xué)教授。他的口才不行，講課效果較差。,二、主要貢獻(xiàn),麥克斯韋在電磁學(xué)方面的貢獻(xiàn)是總結(jié)了庫侖、高斯、安培、法拉第、諾埃曼、湯姆遜等人的研究成果特別是把法拉第的力線和場(chǎng)的概念用數(shù)學(xué)方法加以描述、論證、推廣和提升，創(chuàng)立了一套完整的電磁場(chǎng)理論。,
3、麥克斯韋除了在電磁學(xué)方面的貢獻(xiàn)外，還是分子運(yùn)動(dòng)論的奠基人之一。,位移電流的提出,產(chǎn)生上述矛盾的原因在于非穩(wěn)定情況下電流不再連續(xù),。電流在極板處出現(xiàn)中斷，但極板上的電荷,q,、電荷面密度,、其間的電位移,D,、通過整個(gè)截面的電位移通量,D,=SD,都隨時(shí)間變化。,設(shè)平行板電容器極板面積為,S,，極板上電荷面密度,。充、放電過程的任一瞬間,上式表明，導(dǎo)線中的電流等于極板上的 ，又等于極板間的,在方向上當(dāng)電容器充電時(shí)，電容器兩極板間的電場(chǎng)增強(qiáng)，所以 的方向與 的方向相同，也與導(dǎo)線中傳導(dǎo)電流的方向相同；當(dāng)電容器放電時(shí)，電容器兩極板間的電場(chǎng)減弱，所以 與 的方向相反，但仍和導(dǎo)線中傳導(dǎo)電流的方向一致。（見
4、上圖）,充電,放電,麥克斯韋認(rèn)為，可以把電位移通量對(duì)時(shí)間的變化率看作一種電流，稱為,位移電流,。,電場(chǎng)中某一點(diǎn)位移電流密度矢量 等于該點(diǎn)電位移矢量對(duì)時(shí)間的變化率；通過電場(chǎng)中某一截面的位移電流 等于通過該截面電位移通量 對(duì)時(shí)間的變化率，即,位移電流密度,為,令傳導(dǎo)電流和位移電流相加的合電流,I,t,=I+,I,d,。,在有電容器的電路中，電容器極板表面被中斷的傳導(dǎo)電流,I,，可以由位移電流,I,d,繼續(xù)下去，從而構(gòu)成了電流的連續(xù)性。,非穩(wěn)定電流的安培環(huán)路定理,在磁場(chǎng)中,H,沿任一閉合回路的線積分，在數(shù)值上等于穿過以該閉合回路為邊線的任意曲面的全電流。即,將上式用于前面的電路取,S,2,面的情況，
5、則,解決了前面的矛盾之處。,由此可見，,位移電流的引入,，揭示了電場(chǎng)和磁場(chǎng)內(nèi)在的聯(lián)系和依存關(guān)系，反映了自然現(xiàn)象的對(duì)稱性。,電磁感應(yīng)定率說明變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生渦旋電場(chǎng),，,位移電流的論點(diǎn)說明變化的電場(chǎng)產(chǎn)生渦旋磁場(chǎng),，這兩種變化的場(chǎng)永遠(yuǎn)互相聯(lián)系著，形成統(tǒng)一的電磁場(chǎng)。,麥克斯韋提出的位移電流概念已經(jīng)為無線電波的發(fā)現(xiàn)及其廣泛的實(shí)際應(yīng)用所證實(shí)。,通常導(dǎo)體中的電流主要是傳導(dǎo)電流，位移電流可以不計(jì)，電介質(zhì)中的電流主要是位移電流，傳導(dǎo)電流可以不計(jì)。,位移電流與傳導(dǎo)電流的關(guān)系,位移電流與傳導(dǎo)電流在,產(chǎn)生磁效應(yīng)上是等效的,。,(2),產(chǎn)生的原因不同,：,傳導(dǎo)電流是由自由電荷運(yùn)動(dòng) 引起的，而位移電流本質(zhì)上是變化的電場(chǎng)。
6、,(3),通過導(dǎo)體時(shí)的效果不同,：,傳導(dǎo)電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生焦耳熱，而位移電流不產(chǎn)生焦耳熱。,全電流,傳導(dǎo)電流,位移電流,在磁場(chǎng)中沿任意閉合回路 的線積分在數(shù)值上等于穿過以該閉合回路為邊線的任意曲面的傳導(dǎo)電流和位移電流的代數(shù)和，這稱為,全電流安培定律,，簡(jiǎn)稱,全電流定律,。,1.,麥克斯韋方程組的積分形式,二、,麥克斯韋方程組,(1),電場(chǎng)的性質(zhì),(2),磁場(chǎng)的性質(zhì),(3),變化電場(chǎng)和磁場(chǎng)的聯(lián)系,(4),變化磁場(chǎng)和電場(chǎng)的聯(lián)系,上述麥克斯韋方程組描述的是在某區(qū)域內(nèi)以積分形式聯(lián)系各點(diǎn)的電磁場(chǎng)量（,D,、,E,、,B,、,H,）和電流、電荷之間的依存關(guān)系。而不能給出某一點(diǎn)上這些量之間的關(guān)系。通過數(shù)學(xué)變換可以得到麥克斯韋方程組得微分形式，它給出了電磁場(chǎng)中逐點(diǎn)的上述量之間的相互依存關(guān)系。,電磁場(chǎng)量和表征介質(zhì)電磁特性的量之間的關(guān),系,電場(chǎng)和磁場(chǎng)的本質(zhì)及內(nèi)在聯(lián)系,電荷,電流,磁場(chǎng),電場(chǎng),運(yùn)動(dòng),變化,變化,激,發(fā),激,發(fā),麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的局限性,（,2,）麥克斯韋電磁理論在,微觀區(qū)域,里不完全適用，它可以看作是量子電動(dòng)力學(xué)在某些特殊條件下的近似規(guī)律。,（,1,）麥克斯韋方程可用于高速領(lǐng)域。,
2021-2022學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：位移電流電磁場(chǎng)理論
