麦克斯韦的电磁场理论电子教案

物理学史上三次大综合
❖ 17世纪，伽利略研究地面上物体的运动，打开了通 向近代物理学的大门。牛顿在此基础上把地面上物 体的运动和天体运动统一起来，揭示了天上地下一 切物体的普遍运动规律，建立了经典力学体系，实 现了物理学史上第一次大综合。
❖ 18世纪，经过迈尔、焦耳、卡诺、克劳修斯等人的 研究，经典热力学和经典统计力学正式确立，从而 把热与能、热运动的宏观表现与微观机制统一起来， 实现了物理学史上的第二次大综合。
❖ 超距说——物体间的相互吸引力的传递，是 不需要通过任何介质、不需要时间的。
❖ 场——磁体和电荷周围并不是空无一物，而 是存在着一种由电荷和磁体本身产生的连续 的介质，通过这种介质传递着电磁相互作用。
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。提出了有旋场和位移 电流的概念 , 建立了经典 电磁理论 (1864) , 并预言 了以光速传播的电磁波的 存在。在气体动理论方面 , 提出了气体分子按速率分 布的统计规律。
麦克斯韦引入位移电流
❖ 把电容器充、放电过程在电路中形 成的电流看成有一个新的电流，叫 做位移电流。
导线中靠自由电子的运动导电， 电容器中靠位移电流导电。
麦克斯韦假设
（1）有旋电场（感应电场） 假设： 变化的磁场要激发电场
（2）位移电流假设： 变化的电场要激发磁场
电场和磁场之间存在密切联系
一座伟大的丰碑
(3)通过导体时的效果不同：传导电流通过导体时产 生焦耳热，而位移电流不产生焦耳热。
传导电流
全电
流
IS IId
位移电流
H d l ( H ( 1 ) H ( 2 ) ) d l I I d I s
H d l I Id
jcdS
D dS t
在磁场中沿任意闭合回路 的H线积分在数值上等于
其特点是：电场、磁场各自独立存在。
麦克斯韦的发展
变化的电场和变化的磁场相互联系,形成一个 不可分割的统一体——电磁场.电场和磁场只是电 磁场这个统一体的两种具体表现形式。
变化的磁场产生电场
S
N
S
N
❖ 当用磁棒接近或远离闭合电路时，电路中就产生 感应电动势，它推动着电路各处的自由电荷形成 电流，仿佛沿着电路有一个电场一样。
这个感应电动势的大小跟电路的具体结构无 关，只跟磁通量的变化率有关。
麦克斯韦的进一步推广
S
N
S
N
❖ 如果没有实际的电路，在同样大小的空间范 围内也将产生同样大小的感应电动势。
变化的电场产生磁场
❖ 交变电流为什么能通过 电容器呢？
由于交变电流能使电容器两极反复充放电， 极板上电荷量的变化，相当于导线中不断有电荷 在流动，导致电灯发光。
❖ 19世纪，麦克斯韦在库仑、安培、法拉第等物理学 家研究的基础上，经过深入研究，把电、磁、光统 一起来，建立了经典电磁理论，预言了电磁波的存 在，实现了物理学史上第三次大综合。
谢谢
位移电流：电场中某一点位移电流密度矢量 等vj d于
该点电位移矢量对时间的变化率；通过电场中某一截
面的位移电流 等于I 通d 过该截面电位移通量 对时间的
变化的磁场能产生电场 变化的电场能产生磁场
❖ 磁场的变化是均匀 的，产生的电场是 稳定的
❖ 磁场的变化是不均 匀的，产生的电场 是变化的
❖ 电场的变化是均匀 的，产生的磁场是 稳定的
❖ 电场的变化是不均 匀的，产生的磁场 是变化的
根据麦克斯韦电磁场理论,电场和磁场将相互激发, 由近及远向周围空间传播出去,形成电磁波。
第三章 划时代的发现
伟大的丰碑 麦克斯韦的电磁场理论
靖边中学 李靖东
接力棒 从一位巨人的手中传到了另位巨人手中
❖法拉第——麦克斯韦（电磁学） ❖第谷——开普勒（天体力学） ❖伽利略——牛顿（经典力学）
四种作用力之迷
❖库仑力（电荷间作用力） ❖磁极间作用力 ❖电流元之间作用力 ❖万有引力
场和力线的新概念
在法拉第发现电磁感应定律那一年，即1831年， 麦克斯韦在英国的爱丁堡出生了。他从小聪明好问。 父亲是个机械设计师，很赏识自己儿子的才华，常带 他去听爱丁堡皇家学会的科学讲座。十岁时送他到爱 丁堡中学。在中学阶段，他就显示出了在数学和物理 方面的才能，十五岁那年就写了一篇关于卵形线作图 法的论文，被刊登在《爱丁堡皇家学会学报》上。 1847年，十六岁的麦克斯韦考入爱丁堡大学。1850年 又转入剑桥大学。他学习勤奋，成绩优异，经著名数 学家霍普金斯和斯托克斯的指点，很快就掌握了当时 先进的数学理论。这为他以后的发展打下了良好的基 础。1854年在剑桥大学毕业后，曾先后任亚伯丁马里 夏尔学院、伦敦皇家学院和剑桥大学物理学教授。他 的口才不行，讲课效果较差。
➢ 麦克斯韦尔假设一: ——感生电场假设
变化电流假设
变化率，即
r
v jd d d D t Id S d d D t d d t
在有电容器的电路中，电容器极板表面被中断 的传导电流I，可以由位移电流Id继续下去，从而构 成了电流的连续性。
3. 位移电流与传导电流的关系
(1) 位移电流与传导电流在产生磁效应上是等效的。
(2) 产生的原因不同：传导电流是由自由电荷运动 引起的，而位移电流本质上是变化的电场。
麦克斯韦在电磁学方面的贡献是总结了 库仑、高斯、安培、法拉第、诺埃曼、汤姆 逊等人的研究成果特别是把法拉第的力线和 场的概念用数学方法加以描述、论证、推广 和提升，创立了一套完整的电磁场理论。
麦克斯韦除了在电磁学方面的贡献外， 还是分子运动论的奠基人之一。
静电场
静电场是由电量不随时间变化的静止 电荷产生的;恒定磁场是由恒定的电流产生 的，两种场都不随时间变化,称为:静态场。
穿过以该闭合回路为边线的任意曲面的传导电流和位
移电流的代数和，这称为全电流安培定律，简称全电
流定律。
位移电流与传导电流有什么相同和不同？
1、相同点：传导电流和位移电流都能产生磁场； 正因如此,麦克斯韦预言电磁波的存 在，数年后（1880年）赫兹用实验 证实了电磁波的存在。
2、不同点：1）位移电流不能直接检测出来； 2）位移电流没有热效应，而传导电 流有热效应。