麦克斯韦理论的概述

麦克斯韦提出了两个假设:

正文

变化的磁场可产生涡旋电场 变化的电场(位移电流)可产生磁场

一.位移电流

1.矛盾

a.导线中存在非稳恒的传导电流

b.电容器两极板间无传导电流存在

----回路中传导电流不连续

c.任取一环绕导线的闭合曲线L,以L

为边界可以作S1和S2 两个曲面

对S1曲面

对S2曲面

----稳恒磁场安培环路定律不再适用

2.位移电流

设极板面积为S,某时刻极板上的自由电荷面密度为 ,则

电位移通量为

----电位移通量随时间的变化率等于导线中的传导电流

麦克斯韦称 为位移电流,即

----位移电流密度 jD

讨论:

a.引入位移电流ID,中断的传导电流I由位移电流ID接替,使电路中的电流保持连续

b.传导电流和位移电流之和称为全电流

c.对任何电路来说,全电流永远是连续的

证:单位时间内流出闭合曲面S的电量等于该闭合曲面内电量的减少

----电荷守恒定律的数学表达式

由高斯定理

即

或 ---- 永远是连续的

二.安培环路定律的普遍形式

----全电流定律

对前述的电容器有

而 ----对同一环路L, 的环流是唯一的

讨论:

a.位移电流揭示了电场和磁场之间内在联系,反映了自然现象的对称性

b.法拉弟电磁感应定律表明变化的磁场能产生涡旋电场;位移电流的观点说明变化的电场能产生涡旋磁场

c.电场和磁场的变化永远互相联系着,形成统一的电磁场

说明:

位移电流与传导电流的区别:

a.传导电流表示有电荷作宏观定向运动,位移电流只表示电场的变化

b.传导电流通过导体时要产生焦耳热,位移电流在导体中没有这种热效应

c. ID与 方向上成右手螺旋关系

e.位移电流可存在于一切有电场变化的区域中(如真空、介质、导体)

[例14]半径R=0.1m的两块导体圆板,构成空气平板电容器。充电时,极板间的电场强度以dE/dt=1012Vm-1s-1的变化率增加。求(1)两极板间的位移电流ID;(2)距两极板中心连线为r(r 解:忽略边缘效应,两极板间的电场可视为均匀分布

两板间位移电流为

根据对称性,以两板中心连线为圆心、

半径为r作闭合回路L,由全电流定律有

当r=R时

三.麦克斯韦方程组

对静电场和稳恒磁场有

静电场的高斯定理

静电场的环路定律

稳恒磁场的高斯定理

稳恒磁场的安培环路定律

空间既有静电场和稳恒磁场,又有变化的电场和变化的磁场

麦克斯韦方程组

麦克斯韦方程组的微分形式

麦克斯韦理论的概述