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1、 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. 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 韦理论奠定了经典电动力学的基础,为无线电技 术和现代电子通讯技术发展开辟了广阔前景.
2、 ( 真空中 ) 15 位移电流和全电流定律 15.1 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 恒定磁场 非恒定条件 如图所示 以电容器的充电为例 S1:S2: 矛 盾 Ic S1 S2 图 电容器充电 L C 恒定条件 S1 S2 电容器破坏传导电流连续性 根据电荷守恒有 L S 是 S1 和 S2 构成闭合曲面, qc 是曲面内自由电荷 如果电流是连续的应有 即 Ic S1 S2 图 电容器充电 L C 此式代入 有 或 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 -电位移通量 定义: 全电
3、流: 位移电流密度 全电流连续 位移电流概念:把变化的电场看作电流 位移电流强度 I0 S1 S2 图 电容器充电 L C 传导电流,位移电流都产生磁场 位移电流和传导电流的不同: 1、位移电流的本质是变化的电场,而传导电流是自 由电荷的定向运动。 2、传导电流产生焦耳热,位移电流不会产生焦耳热 3、位移电路存在于真空、导体、电介质等,而传导 电流只存在于导体中 4、无论是传导电流还是位移电流(变化的电场)产生的磁场 都是无源涡旋场。 与电场不对称,因为找不到磁单极子。 2、安培环路定理的普遍形式- 全电流定律 或 微分表达式 Ic 图 电容器充放电 C L1 L2 = 15.2 麦克斯韦方程
4、组 积分表达式 微分表达式 静电场+涡旋电场 传导电流+位移电流产生的磁场 场与物质边界条件 场与电荷 电荷守恒定律 洛仑兹力 15.3电磁波 真空中电磁场的波动方程变为: 真空中,介质性质方程 一 变化的电磁场在空间的传播就是电磁波 对 两边求旋度 利用矢量分析及 可得 比较以上两式 得 同理对 由波动微分方程标准形式 波速 前面 两边求旋度,类似得到 真空中变化的电磁场是 一种波动称为电磁波 介质中的波速 二、真空中电磁波的性质 1,证明电磁波是横波,且 2,证明 ( 同步) 无阻尼自由振荡,电容板上电量为q 振荡电流 I 总能 -谐振动微分方程 求导 由于 L C + _ 三、电磁波的产
5、生 频率 电磁振荡: 1)发射高电磁能-使电路开放 2)能量 4 减小 L,C 提高 电路变化如图所示 从振荡电路过渡到振荡偶极子 L C + (a) _ (b) L C + _ (c) L C + _ +q q l (d) 四、赫兹实验 实践是检验真理的标准 麦克斯韦理论 1865 年发表,逐渐被人接受。1878 年(德)赫 姆霍兹向学生提出一个竞赛题目,用实验方法验证麦式理论,赫 兹开始致力于这个实验。 1888 年正式发表实验论文。 感应圈接受器 1894 年 意 马可尼 俄 波波夫 实现了无线电远距离传输, 无线电报 。 1906 年无线电广播 1911 年 导航 1916年 无线电话 1921 年 短波通讯 1923 年 传真 1929 年 电视 1933 年 微波通讯 1935 年 雷达 现代 遥控 遥测 卫星通讯 都可说是赫兹实验的产物。 五、电磁波的性质: 1)电磁波是横波 ( 都与传播方向垂直) 4)电磁波的真空传播速度大小为 3) E和H(或B)成比例或 2) 图 电磁波谱 五 电磁波的能量 1.电磁波的能量密度 线性介质: 2.电磁波的能流密度-坡印亭矢量 电磁波 坡印亭矢量 式中 E0 和 H0 分别是 E H 的振幅 可以证明 如图:偶极子辐射方向 图 偶极子辐射方向 坡印亭矢量 平面电磁波 振荡偶极子辐射的电磁波 平均辐射功率
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