麥克斯韋提出,變化的電場相當於電流,也會產生磁場,這種電流稱

2021-04-19 01:15:21 字數 5224 閱讀 2474

1樓:不想幫倒忙

麥克斯韋提出,變化的電場相當於電流,也會產生磁場,這種電流稱為(位移電流) .電磁場具有 (週期專性屬)

1、 感生電場假說:變化的磁場產生電場,稱為感生電場。

2、位移電流假說:變化的電場,可以看做是一種電流,叫做位移電流,這種電流激發磁場。所以也可以認為是變化的磁場產生電場。

求麥克斯韋電磁場方程的非線性描述~~?

2樓:匿名使用者

麥克斯韋提出了兩個假設:

變化的磁場可產生渦旋

電場 變化的電場(位移電流)可產生磁場

一.位移電流

1.矛盾

a.導線中存在非穩恆的傳導電流

b.電容器兩極板間無傳導電流存在

----迴路中傳導電流不連續

c.任取一環繞導線的閉合曲線l,以l

為邊界可以作s1和s2 兩個曲面

對s1曲面

對s2曲面

----穩恆磁場安培環路定律不再適用

2.位移電流

設極板面積為s,某時刻極板上的自由電荷面密度為 ,則

電位移通量為

----電位移通量隨時間的變化率等於導線中的傳導電流

麥克斯韋稱 為位移電流,即

----位移電流密度 jd

討論:a.引入位移電流id,中斷的傳導電流i由位移電流id接替,使電路中的電流保持連續

b.傳導電流和位移電流之和稱為全電流

c.對任何電路來說,全電流永遠是連續的

證:單位時間內流出閉合曲面s的電量等於該閉合曲面內電量的減少

----電荷守恆定律的數學表示式

由高斯定理

即 或 ---- 永遠是連續的

二.安培環路定律的普遍形式

----全電流定律

對前述的電容器有

而 ----對同一環路l, 的環流是唯一的

討論:a.位移電流揭示了電場和磁場之間內在聯絡,反映了自然現象的對稱性

b.法拉弟電磁感應定律表明變化的磁場能產生渦旋電場;位移電流的觀點說明變化的電場能產生渦旋磁場

c.電場和磁場的變化永遠互相聯絡著,形成統一的電磁場

說明:位移電流與傳導電流的區別:

a.傳導電流表示有電荷作巨集觀定向運動,位移電流只表示電場的變化

b.傳導電流通過導體時要產生焦耳熱,位移電流在導體中沒有這種熱效應

c. id與 方向上成右手螺旋關係

e.位移電流可存在於一切有電場變化的區域中(如真空、介質、導體)

[例14]半徑r=0.1m的兩塊導體圓板,構成空氣平板電容器。充電時,極板間的電場強度以de/dt=1012vm-1s-1的變化率增加。

求(1)兩極板間的位移電流id;(2)距兩極板中心連線為r(r 解:忽略邊緣效應,兩極板間的電場可視為均勻分佈

兩板間位移電流為

根據對稱性,以兩板中心連線為圓心、

半徑為r作閉合迴路l,由全電流定律有

當r=r時

三.麥克斯韋方程組

對靜電場和穩恆磁場有

靜電場的高斯定理

靜電場的環路定律

穩恆磁場的高斯定理

穩恆磁場的安培環路定律

空間既有靜電場和穩恆磁場,又有變化的電場和變化的磁場

麥克斯韋方程組

麥克斯韋方程組的微分形式

物理意義概括:

方程1:任何閉合曲面的電位移通量只與該閉合曲面內自由電荷有關,同時反映了變化的磁場所產生的電場總是渦旋狀的 ----電場的高斯定理

方程2:變化的磁場產生渦旋電場,即變化的磁場總與電場相伴

----法拉弟電磁感應定律

方程3:任何形式產生的磁場都是渦旋場,磁力線都是閉合的

----磁場的高斯定理

方程4:全電流與磁場的關係,揭示了變化電場產生渦旋磁場的規律,即變化的電場總與磁場相伴 ----全電流定律

在各向同性介質中,電磁場量之間有如下的關係

根據麥克斯韋方程組、電磁場量之間關係式、初始條件及電磁場量的邊界條件,可以確定任一時刻介質中某一點的電磁場

3樓:匿名使用者

麥克斯韋是19世紀偉大的英國物理學家、數學家。2023年11月13日生於蘇格蘭的愛丁堡,自幼聰穎,父親是個知識淵博的律師,使麥克斯韋從小受到良好的教育。10歲時進入愛丁堡中學學習14歲就在愛丁堡皇家學會會刊上發表了一篇關於二次曲線作圖問題的**,已顯露出出眾的才華。

2023年進入愛丁堡大學學習數學和物理。2023年轉入劍橋大學三一學院數學系學習,2023年以第二名的成績獲史密斯獎學金,畢業留校任職兩年。2023年在蘇格蘭阿伯丁的馬裡沙耳任自然哲學教授。

2023年到倫敦國王學院任自然哲學和天文學教授。2023年選為倫敦皇家學會會員。2023年春辭去教職回到家鄉系統地總結他的關於電磁學的研究成果,完成了電磁場理論的經典鉅著《論電和磁》,並於2023年出版,2023年受聘為劍橋大學新設立的卡文迪什試驗物理學教授,負責籌建著名的卡文迪什實驗室,2023年建成後擔任這個實驗室的第一任主任,直到2023年11月5日在劍橋逝世。

麥克斯韋主要從事電磁理論、分子物理學、統計物理學、光學、力學、彈性理論方面的研究。尤其是他建立的電磁場理論,將電學、磁學、光學統一起來,是19世紀物理學發展的最光輝的成果,是科學史上最偉大的綜合之一。

麥克斯韋大約於2023年開始研究電磁學,在潛心研究了法拉第關於電磁學方面的新理論和思想之後,堅信法拉第的新理論包含著真理。於是他抱著給法拉第的理論「提供數學方法基礎」的願望,決心把法拉第的天才思想以清晰準確的數學形式表示出來。他在前人成就的基礎上,對整個電磁現象作了系統、全面的研究,憑藉他高深的數學造詣和豐富的想象力接連發表了電磁場理論的三篇**:

《論法拉第的力線》(2023年12 月至2023年2月);《論物理的力線》(1861至2023年);《電磁場的動力學理論》(2023年12月8日)。對前人和他自己的工作進行了綜合概括,將電磁場理論用簡潔、對稱、完美數學形式表示出來,經後人整理和改寫,成為經典電動力學主要基礎的麥克斯韋方程組。據此,2023年他預言了電磁波的存在,電磁波只可能是橫波,並計算了電磁波的傳播速度等於光速,同時得出結論:

光是電磁波的一種形式,揭示了光現象和電磁現象之間的聯絡。2023年德國物理學家赫茲用實驗驗證了電磁波的存在。麥克斯韋於2023年出版了科學名著《電磁理論》。

系統、全面、完美地闡述了電磁場理論。這一理論成為經典物理學的重要支柱之一。在熱力學與統計物理學方面麥克斯韋也作出了重要貢獻,他是氣體動理論的創始人之一。

2023年他首次用統計規律得出麥克斯韋速度分佈律,從而找到了由微觀兩求統計平均值的更確切的途徑。2023年他給出了分子按速度的分佈函式的新推導方法,這種方法是以分析正向和反向碰撞為基礎的。他引入了馳豫時間的概念,發展了一般形式的輸運理論,並把它應用於擴散、熱傳導和氣體內摩擦過程。

2023年引入了「統計力學」這個術語。麥克斯韋是運用數學工具分析物理問題和精確地表述科學思想的大師,他非常重視實驗,由他負責建立起來的卡文迪什實驗室,在他和以後幾位主任的領導下,發展成為舉世聞名的學術中心之一。他善於從實驗出發,經過敏銳的觀察思考,應用嫻熟的數學技巧,從縝密的分析和推理,大膽地提出有實驗基礎的假設,建立新的理論,再使理論及其預言的結論接受實驗檢驗,逐漸完善,形成系統、完整的理論。

特別是湯姆孫w卓有成效地運用類比的方法使麥克斯韋深受啟示,使他成為建立各種模型來類比研究不同物理現象的能手。在他的電磁場理論的三篇**中多次使用了類比研究方法,尋找到了不同現象之間的聯絡,從而逐步揭示了科學真理。

4樓:匿名使用者

電動力學是研究電磁現象的經典的動力學理論,它主要研究電磁場的基本屬性、運動規律以及電磁場和帶電物質的相互作用。

同所有的認識過程一樣,人類對電磁運動形態的認識,也是由特殊到一般、由現象到本質逐步深入的。人們對電磁現象的認識範圍,是從靜電、靜磁和似穩電流等特殊方面逐步擴大,直到一般的運動變化的過程。

在電磁學發展的早期,人們認識到帶電體之間以及磁極之間存在作用力,而作為描述這種作用力的一種手段而引入的"場"的概念,並未普遍地被人們接受為一種客觀的存在。現在人們已經認識清楚,電磁場是物質存在的一種形態,它可以和一切帶電物質相互作用,產生出各種電磁現象。電磁場本身的運動服從波動的規律。

這種以波動形式運動變化的電磁場稱為電磁波。

電動力學的任務就是闡述電磁場及與物質相互作用的各個特殊範圍內的實驗定律,並在此基礎上闡明電磁現象的本質和它的一般規律,以及運用這些規律定量地處理各種電磁問題、研究各種電磁過程。

電動力學中解釋電磁現象的基本規律的理論,是19世紀偉大的物理學家麥克斯韋建立的方程組。麥克斯韋方程組是在庫侖定律(適用於靜電)、畢奧-薩伐爾定律和法拉第電磁感應定律等實驗定律的基礎上建立起來的。通過提取上述實驗定律中帶普遍性的因素,並根據電荷守恆定律引入位移電流,就可以匯出麥克斯韋方程組。

在物理上,麥克斯韋方程組其實就是電磁場的運動方程,它在電動力學中佔有重要的地位。

另一個基本的規律就是電荷守恆定律,它的內容是:一個封閉系統的總電荷不隨時間改變。近代的實驗表明,不僅在一般的物理過程、化學反應過程和原子核反應過程中電荷是守恆的,就是在基本粒子轉化的過程中,電荷也是守恆的。

麥克斯韋方程組給出了電磁場運動變化的規律,包括電荷電流對電磁場的作用。對於電磁場對電荷電流的作用,則是由洛倫茲工是給出的。將麥克斯韋方程組、洛倫茲裡公式和帶電體的力**動方程聯立起來,就可以完全確定電磁場和帶電體的運動變化。

因此,麥克斯韋方程組和洛倫茲力公式構成了描述電磁場運動和電磁作用普遍規律的完整體系。

在電磁場的作用下,靜止的媒質中一般可能發生三種過程:極化、磁化和傳導。這些過程都會使媒質中出現巨集觀電流。

極化和磁化的公式的另一個重要限制是不能應用於鐵電和鐵磁情況。鐵磁質是常用的磁性媒質之一。另外,在強場情況,即使普通的媒質,也會出現非線性現象。

當電場超過一定限值時,電介質甚至會被擊穿。電磁波在各向異性介質中傳播時,常會發生一些複雜的現象,如雙折射等。

在電動力學中,處理有媒質的電磁問題時,需要將麥克斯韋方程組和媒質的本構方程聯立起來求解。對上面提到的那些特殊情況,須根據其本構方程作特殊研究,其中有的方面甚至發展成為電動力學的專門分支。

在媒質運動的情況,不僅媒質中還會出現新型別的電荷電流,媒質的電磁性質也會不同。此外,由於電磁場還對媒質產生有質動力,媒質的力**動將和其中的電荷電流以及電磁場的運動變化互相影響,有時可以形成十分複雜的狀態,這種情況在等離子體中常常見到。

電動力學中求解的問題相當廣泛,如求解靜電場和靜磁場的分佈,媒質在靜電場或靜磁場中所受的力,電磁波的輻射和傳播,帶電粒子在電磁場中的運動,電磁波和媒質的相互作用甚至媒質的運動等。另外,狹義相對論的提出與電動力學的研究有密切的關係,其內容中還包括電磁場在不同參照系中的變換關係,所以也常常放在電動力學中討論。

其它電學分支學科

磁學、電學、電動力學

其它物理學分支學科

物理學概覽、力學、熱學、光學、聲學、電磁學、核物理學、固體物理學

麥克斯韋電磁場理論的核心思想是 變化的磁場可以激發渦旋電場

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