大學(xué)物理電磁學(xué)部分演示文檔
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真空中的靜電場(chǎng),第 七 章,2,一 電荷的量子化,1 種類:,4 電荷的量子化:,2 性質(zhì):,正電荷,負(fù)電荷,庫(kù)侖(C),同種相斥,異種相吸,3 單位:,,3,二 電荷守恒定律,不管系統(tǒng)中的電荷如何遷移,系統(tǒng)的電荷的代數(shù)和保持不變.,(自然界的基本守恒定律之一),4,庫(kù)侖 (C.A.Coulomb 1736 ?1806),法國(guó)物理學(xué)家,1785年通過(guò)扭秤實(shí)驗(yàn)創(chuàng)立庫(kù)侖定律, 使電磁學(xué)的研究從定性進(jìn)入定量階段. 電荷的單位庫(kù)侖以他的姓氏命名.,5,三 庫(kù)侖定律,為真空電容率,,點(diǎn)電荷:抽象模型,,受 的力,6,大?。?方向:,和 同號(hào)相斥,異號(hào)相吸.,7,一 靜電場(chǎng),靜電場(chǎng): 靜止電荷周圍存在的電場(chǎng),8,二 電場(chǎng)強(qiáng)度,1 試驗(yàn)電荷,點(diǎn)電荷 電荷足夠小,2 電場(chǎng)強(qiáng)度,9,單位:,和試驗(yàn)電荷無(wú)關(guān),電荷q受電場(chǎng)力:,定義: 單位正試驗(yàn)電荷所受的電場(chǎng)力,10,三 點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度,,,11,四 電場(chǎng)強(qiáng)度疊加原理,點(diǎn)電荷系的電場(chǎng),,,,12,電荷連續(xù)分布的電場(chǎng),電荷體密度 ?,13,電荷面密度 ?,電荷連續(xù)分布的電場(chǎng),,,+,,,14,電荷線密度 ?,,,電荷連續(xù)分布的電場(chǎng),,15,電偶極矩(電矩),五 電偶極子的電場(chǎng)強(qiáng)度,電偶極子的軸,,+,-,,16,(1)軸線延長(zhǎng)線上一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度,,,,,,,,,,.,,,.,+,-,17,18,(2)軸線中垂線上一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度,,,,,,.,,,,,,+,-,,.,,19,例1 正電荷q均勻分布在半徑為R的圓環(huán)上. 計(jì)算通過(guò)環(huán)心點(diǎn)O并垂直圓環(huán)平面的軸線上任一點(diǎn)P處的電場(chǎng)強(qiáng)度.,,,,,,,,,20,解,,,,,,,故,由于,,21,(1),(2),(3),討 論,,,,,,,,22,例2 有一半徑為R,電荷均勻分布的薄圓盤,其電荷面密度為? . 求通過(guò)盤心且垂直盤面的軸線上任意一點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度.,,,,,,23,解,,,,,,24,,,,,討 論,,25,一 電場(chǎng)線,(1) 切線方向?yàn)殡妶?chǎng)強(qiáng)度方向,1 規(guī)定,2 特點(diǎn),(1) 始于正電荷,止于負(fù)電荷,非閉合線.,典型電場(chǎng)的電場(chǎng)線分布圖形,(2) 疏密表示電場(chǎng)強(qiáng)度的大小,(2) 任何兩條電場(chǎng)線不相交.,26,二 電場(chǎng)強(qiáng)度通量,通過(guò)電場(chǎng)中某個(gè)面的電場(chǎng)線數(shù),1 定義,2 表述,27,二 電場(chǎng)強(qiáng)度通量,通過(guò)電場(chǎng)中某個(gè)面的電場(chǎng)線數(shù),1 定義,2 表述,勻強(qiáng)電場(chǎng) , 與平面夾角 .,,,,,,,,,,,,,,,,,28,非勻強(qiáng)電場(chǎng),曲面S .,,,,,,,,,,,,,29,非均勻電場(chǎng),閉合曲面S .,30,在點(diǎn)電荷q的電場(chǎng)中,通過(guò)求電場(chǎng)強(qiáng)度通量導(dǎo)出.,三 高斯定理,1 高斯定理的導(dǎo)出,高 斯,,,高斯 (C.F.Gauss 1777?1855),德國(guó)數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家和物理學(xué)家,有“數(shù)學(xué)王子”美稱,他與韋伯制成了第一臺(tái)有線電報(bào)機(jī)和建立了地磁觀測(cè)臺(tái),高斯還創(chuàng)立了電磁量的絕對(duì)單位制.,32,,,點(diǎn)電荷位于球面中心,,+,,33,,點(diǎn)電荷在閉合曲面內(nèi),,,+,,,,,34,,,,,,,,,,,,,,+,,,,,,點(diǎn)電荷在閉合曲面外,35,,,,,,,,,,,,,,,點(diǎn)電荷系的電場(chǎng),36,在真空中靜電場(chǎng),穿過(guò)任一閉合曲面的電場(chǎng)強(qiáng)度通量,等于該曲面所包圍的所有電荷的代數(shù)和除以 .,2 高斯定理,高斯面,37,3 高斯定理的討論,(1) 高斯面:閉合曲面.,(2) 電場(chǎng)強(qiáng)度為所有電荷在高斯面上的總電場(chǎng)強(qiáng)度.,(3) 電場(chǎng)強(qiáng)度通量:穿出為正,穿進(jìn)為負(fù).,(4) 僅高斯面內(nèi)電荷對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度通量有貢獻(xiàn).,38,四 高斯定理應(yīng)用舉例,用高斯定理求電場(chǎng)強(qiáng)度的一般步驟為:,對(duì)稱性分析; 根據(jù)對(duì)稱性選擇合適的高斯面; 應(yīng)用高斯定理計(jì)算.,39,,,,Q,例1 設(shè)有一半徑為R , 均勻帶電Q 的球面. 求球面內(nèi)外任意點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度.,對(duì)稱性分析:球?qū)ΨQ,解,高斯面:閉合球面,R,40,(2),,,Q,41,例2 設(shè)有一無(wú)限長(zhǎng)均勻帶電直線,單位長(zhǎng)度上的電荷,即電荷線密度為?,求距 直線為r 處的電場(chǎng)強(qiáng)度.,解,,,+ + + + +,,,,,對(duì)稱性分析與高斯面的選取,,42,例3 設(shè)有一無(wú)限大均勻帶電平面,電荷面密度為? ,求距平面為r處某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度.,解,,,?,對(duì)稱性分析與高斯面的選取,43,44,無(wú)限大帶電平面的電場(chǎng)疊加問(wèn)題,,,,45,,? 正點(diǎn)電荷與負(fù)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線,? 一對(duì)等量異號(hào)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線,? 一對(duì)不等量異號(hào)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線,? 帶電平行板電容器的電場(chǎng)線,? 一對(duì)等量正點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線,典型電場(chǎng)的電場(chǎng)線分布圖形,,46,正點(diǎn)電荷與負(fù)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線,,,47,,一對(duì)等量正點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線,,48,一對(duì)等量異號(hào)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線,,,49,,50,帶電平行板電容器的電場(chǎng)線,,,51,一 靜電場(chǎng)力所做的功,點(diǎn)電荷的電場(chǎng),,52,結(jié)論: W僅與q0的始末位置有關(guān),與路徑無(wú)關(guān).,53,任意帶電體的電場(chǎng),結(jié)論:靜電場(chǎng)力做功,與路徑無(wú)關(guān).,(點(diǎn)電荷的組合),54,二 靜電場(chǎng)的環(huán)路定理,靜電場(chǎng)是保守場(chǎng),結(jié)論:沿閉合路徑一周,電場(chǎng)力作功為零.,55,三 電勢(shì)能,靜電場(chǎng)是保守場(chǎng),靜電場(chǎng)力是保守力. 靜電場(chǎng)力所做的功就等于電荷電勢(shì)能增量的負(fù)值.,電場(chǎng)力做正功,電勢(shì)能減少.,56,令,試驗(yàn)電荷q0在電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)能,在數(shù)值上等于把它從該點(diǎn)移到零勢(shì)能處?kù)o電場(chǎng)力所作的功.,57,四 電勢(shì),令,58,電勢(shì)零點(diǎn)的選?。?物理意義: 把單位正試驗(yàn)電荷從點(diǎn)A移到無(wú)限遠(yuǎn)處時(shí)靜電場(chǎng)力作的功.,有限帶電體以無(wú)窮遠(yuǎn)為電勢(shì)零點(diǎn),實(shí)際問(wèn)題中常選擇地球電勢(shì)為零.,59,將單位正電荷從A移到B時(shí)電場(chǎng)力作的功,電勢(shì)差,60,靜電場(chǎng)力的功,原子物理中能量單位: 電子伏特eV,61,五 點(diǎn)電荷電場(chǎng)的電勢(shì),令,62,六 電勢(shì)的疊加原理,點(diǎn)電荷系,63,電荷連續(xù)分布時(shí),,,,64,計(jì)算電勢(shì)的方法,(1)利用,已知在積分路徑上 的函數(shù)表達(dá)式,有限大帶電體,選無(wú)限遠(yuǎn)處電勢(shì)為零.,(2)利用點(diǎn)電荷電勢(shì)的疊加原理,65,例1 正電荷q均勻分布在半徑為R的細(xì)圓環(huán)上. 求環(huán)軸線上距環(huán)心為x處的點(diǎn)P的電勢(shì).,解,,,,,,,,66,討 論,67,通過(guò)一均勻帶電圓平面中心且垂直平面的軸線上任意點(diǎn)的電勢(shì).,,,,,,,,,68,例2 真空中有一電荷為Q,半徑為R的均勻帶電球面. 試求 (1)球面外兩點(diǎn)間的電勢(shì)差; (2)球面內(nèi)兩點(diǎn)間的電勢(shì)差; (3)球面外任意點(diǎn) 的電勢(shì); (4)球面內(nèi)任意點(diǎn) 的電勢(shì).,69,解,(1),,,,,,,,,,,,,70,,,,,,,,,,,,,(4),71,一 等勢(shì)面,電荷沿等勢(shì)面移動(dòng)時(shí),電場(chǎng)力做功為零.,電場(chǎng)中電勢(shì)相等的點(diǎn)所構(gòu)成的面.,某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度與通過(guò)該點(diǎn)的等勢(shì)面垂直.,72,任意兩相鄰等勢(shì)面間的電勢(shì)差相等.,用等勢(shì)面的疏密表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱.,等勢(shì)面越密的地方,電場(chǎng)強(qiáng)度越大.,73,74,二 電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)梯度,,,,,,,75,電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度沿任一方向的分量,等于這一點(diǎn)的電勢(shì)沿該方向單位長(zhǎng)度上電勢(shì)變化率的負(fù)值.,76,,,,,,低電勢(shì),高電勢(shì),,77,,電場(chǎng)強(qiáng)度等于電勢(shì)梯度的負(fù)值,78,例1 用電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)的關(guān)系,求均勻帶電細(xì)圓環(huán)軸線上一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度.,解,,,,,,,,靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體與電介質(zhì),第 八 章,80,,一 靜電平衡條件,1 靜電感應(yīng),,,,+,81,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2 靜電平衡,82,靜電平衡條件:,(1)導(dǎo)體內(nèi)部任何一點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度為零;,(2)導(dǎo)體表面處電場(chǎng)強(qiáng)度的方向,都與導(dǎo)體表面垂直.,83,,,導(dǎo)體表面為等勢(shì)面,推論:導(dǎo)體為等勢(shì)體,84,,二 靜電平衡時(shí)導(dǎo)體上電荷的分布,結(jié)論:導(dǎo)體內(nèi)部無(wú)凈電荷, 電荷只分布在導(dǎo)體表面.,1 實(shí)心導(dǎo)體,,實(shí)心帶電導(dǎo)體,85,2 空腔導(dǎo)體,空腔內(nèi)無(wú)電荷時(shí),電荷分布在表面,86,若內(nèi)表面帶電,必等量異號(hào),結(jié)論:空腔內(nèi)無(wú)電荷時(shí),電荷分布在外表面, 內(nèi)表面無(wú)電荷.,與導(dǎo)體是等勢(shì)體矛盾,空腔帶電導(dǎo)體,87,空腔內(nèi)有電荷時(shí),結(jié)論: 空腔內(nèi)有電荷+q時(shí),空腔內(nèi)表面有感 應(yīng)電荷-q,外表面有感應(yīng)電荷+q.,+,q,空腔導(dǎo)體,88,作扁圓柱形高斯面,3 導(dǎo)體表面附近場(chǎng)強(qiáng)與電荷面密度的關(guān)系,,89,4 導(dǎo)體表面電荷分布規(guī)律,90,帶電導(dǎo)體尖端附近的電場(chǎng)特別大,可使尖端附近的空氣發(fā)生電離而成為導(dǎo)體產(chǎn)生放電現(xiàn)象.,尖端放電現(xiàn)象,91,三 靜電屏蔽,1 屏蔽外電場(chǎng),,92,一 孤立導(dǎo)體的電容,,單位:,孤立導(dǎo)體的電容為孤立導(dǎo)體所帶電荷Q與其電勢(shì)V的比值 .,93,例 球形孤立導(dǎo)體的電容,,,,地球,94,二 電容器,按形狀:柱型、球型、平行板電容器 按型式:固定、可變、半可變電容器 按介質(zhì):空氣、塑料、云母、陶瓷等 特點(diǎn):非孤立導(dǎo)體,由兩極板組成,1 電容器的分類,95,2 電容器的電容,電容器的電容為電容器一塊極板所帶電荷Q與兩極板電勢(shì)差 的比值 .,96,電容的大小僅與導(dǎo)體的形狀、相對(duì)位置、其間的電介質(zhì)有關(guān),與所帶電荷量無(wú)關(guān).,注意,97,3 電容器電容的計(jì)算,(1)設(shè)兩極板分別帶電?Q,(3)求兩極板間的電勢(shì)差U,步驟,(4)由C=Q/U求C,(2)求兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度,98,例1 平行平板電容器,解,99,一 電介質(zhì)對(duì)電場(chǎng)的影響 相對(duì)電容率,100,二 電介質(zhì)的極化,無(wú)極分子:(氫、甲烷、石蠟等),有極分子:(水、有機(jī)玻璃等),電介質(zhì),?,101,102,,,,,+ + + + + + + + + + +,- - - - - - - - - - -,三 有電介質(zhì)時(shí)的高斯定理 電位移矢量,103,有介質(zhì)時(shí)的高斯定理,電位移通量,電位移矢量,104,一 電容器的電能,,,,,+ + + + + + + + +,- - - - - - - - -,105,二 靜電場(chǎng)的能量 能量密度,電場(chǎng)空間所存儲(chǔ)的能量,電場(chǎng)能量密度,106,107,一 電流 電流密度,電流(強(qiáng)度):通過(guò)截面S 的電荷隨時(shí)間的 變化率,:電子漂移速度的大小,108,電流密度:細(xì)致描述導(dǎo)體內(nèi)各點(diǎn)電流分布的情況.,大?。?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)過(guò)該點(diǎn)且垂直于正電荷運(yùn)動(dòng)方向的單位面積的電荷,109,二 電流的連續(xù)性方程 恒定電流條件,單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)閉合曲面向外流出的 電荷,等于此時(shí)間內(nèi)閉合 曲面內(nèi)電荷的減少量 .,110,恒定電流,由 ,若閉合曲面 S 內(nèi)的電荷不隨時(shí)間而變化,則,111,(1)在恒定電流情況下,導(dǎo)體中電荷分布不隨時(shí)間變化形成恒定電場(chǎng);,恒定電流,(2)恒定電場(chǎng)與靜電場(chǎng)具有相似性質(zhì)(高斯定理和環(huán)路定理),恒定電場(chǎng)可引入電勢(shì)的概念;,(3)恒定電場(chǎng)的存在伴隨能量的轉(zhuǎn)換.,112,三 電源電動(dòng)勢(shì),113,非靜電力: 能不斷分離正負(fù)電荷使正電荷逆靜電場(chǎng)力方向運(yùn)動(dòng).,電源:提供非靜電力的裝置.,非靜電電場(chǎng)強(qiáng)度 : 為單位正電荷所受的非靜電力.,,114,電動(dòng)勢(shì)的定義:?jiǎn)挝徽姾衫@閉合回路運(yùn)動(dòng)一周,非靜電力 所做的功.,電動(dòng)勢(shì):,,115,電源電動(dòng)勢(shì)的大小,等于將單位正電荷從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移至正極時(shí)非靜電力所作的功.,電源電動(dòng)勢(shì),116,一 磁 場(chǎng),1 磁鐵的磁場(chǎng),磁 鐵,磁 鐵,117,2 電流的磁場(chǎng),奧斯特實(shí)驗(yàn),電 流,3 磁現(xiàn)象的起源,運(yùn)動(dòng)電荷,118,二 磁 感 強(qiáng) 度 的 定 義,帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所受的力與運(yùn)動(dòng)方向有關(guān).,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),帶電粒子在磁場(chǎng)中沿某一特定方向運(yùn)動(dòng)時(shí)不受力,此方向與電荷無(wú)關(guān).,119,帶電粒子在磁場(chǎng)中沿其他方向運(yùn)動(dòng)時(shí), 垂直于 與特定直線所組成的平面.,當(dāng)帶電粒子在磁場(chǎng)中垂直于此特定直線運(yùn)動(dòng)時(shí)受力最大.,120,大小與 無(wú)關(guān),121,磁感強(qiáng)度 的定義,的方向:,的大小:,正電荷垂直于特定直線運(yùn)動(dòng)時(shí),受力 與電荷速度 的叉積 方向:,122,單位:特斯拉,運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受力,123,一 畢奧-薩伐爾定律,(電流元在空間產(chǎn)生的磁場(chǎng)),真空磁導(dǎo)率,124,任意載流導(dǎo)線在點(diǎn) P 處的磁感強(qiáng)度,磁感強(qiáng)度 疊加原理,125,例 判斷下列各點(diǎn)磁感強(qiáng)度的方向和大小.,1、5點(diǎn) :,3、7點(diǎn) :,2、4、6、8 點(diǎn) :,畢奧-薩伐爾定律,,,,,,,1,2,3,4,5,6,7,8,,,,,,,,,,×,×,×,,,,126,例1 載流長(zhǎng)直導(dǎo)線的磁場(chǎng).,解,二 畢奧-薩伐爾定律應(yīng)用舉例,方向均沿 x 軸的負(fù)方向,127,的方向沿 x 軸負(fù)方向,128,無(wú)限長(zhǎng)載流長(zhǎng)直導(dǎo)線,半無(wú)限長(zhǎng)載流長(zhǎng)直導(dǎo)線,129,無(wú)限長(zhǎng)載流長(zhǎng)直導(dǎo)線的磁場(chǎng),電流與磁感強(qiáng)度成右手螺旋關(guān)系,130,例2 圓形載流導(dǎo)線軸線上的磁場(chǎng).,,,,,,p,*,,,,,解,,I,分析點(diǎn)P處磁場(chǎng)方向得:,131,132,,,,,,p,*,,,,,,I,,,討論,(1)若線圈有 匝,,(2),(3),133,x,,推 廣,,×,,134,135,適用條件,三 運(yùn)動(dòng)電荷的磁場(chǎng),136,一 磁感線,切線方向—— 的方向; 疏密程度—— 的大小.,137,,,,,I,138,二 磁通量 磁場(chǎng)的高斯定理,139,磁通量:通過(guò)某曲面的磁感線數(shù),,,,,,勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,通過(guò)面曲面S的磁通量:,一般情況,140,物理意義:通過(guò)任意閉合曲面的磁通量必等于零(故磁場(chǎng)是無(wú)源的).,磁場(chǎng)高斯定理,141,一 安培環(huán)路定理,142,,,,,,o,,,,,,,,,,,,若回路繞向?yàn)槟鏁r(shí)針,對(duì)任意形狀的回路,143,電流在回路之外,144,多電流情況,推廣:,安培環(huán)路定理,145,安培環(huán)路定理,在真空的恒定磁場(chǎng)中,磁感強(qiáng)度 沿任一閉合路徑的積分的值,等于 乘以該閉合路徑所穿過(guò)的各電流的代數(shù)和.,146,,(1) 是否與回路 外電流有關(guān)?,(2)若 ,是否回路 上各處 ?是否回路 內(nèi)無(wú)電流穿過(guò)?,討論:,147,例1 求載流螺繞環(huán)內(nèi)的磁場(chǎng),解 (1) 對(duì)稱性分析:環(huán)內(nèi) 線為同心圓,環(huán)外 為零.,二 安培環(huán)路定理的應(yīng)用舉例,148,令,(2)選回路,當(dāng) 時(shí),螺繞環(huán)內(nèi)可視為均勻場(chǎng) .,149,例2 無(wú)限長(zhǎng)載流圓柱體的 磁場(chǎng),解 (1)對(duì)稱性分析,(2),150,,的方向與 成右螺旋,151,一 帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中所受的力,電場(chǎng)力,磁場(chǎng)力(洛倫茲力),運(yùn)動(dòng)電荷在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中受的力,152,二 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)舉例,1 回旋半徑和回旋頻率,153,2 磁聚焦,(洛倫茲力不做功),洛倫茲力,與 不垂直,螺距,154,一 安培力,,,,安培力,155,有限長(zhǎng)載流導(dǎo)線所受的安培力,156,例 1 如圖一通有電流 的閉合回路放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為 的均勻磁場(chǎng)中,回路平面與磁感強(qiáng)度 垂直 . 回路由 直導(dǎo)線 AB 和半徑為 的圓弧導(dǎo)線 BCA 組成 , 電流為順時(shí)針?lè)较颍?求磁場(chǎng)作用于閉合 導(dǎo)線的力.,157,根據(jù)對(duì)稱性分析,解,,158,由于,因,故,,159,解 取一段電流元,例 2 求如圖不規(guī)則的平面載流導(dǎo)線在均勻磁場(chǎng)中所受的力,已知 和 .,,160,結(jié)論 任意平面載流導(dǎo)線在均勻磁場(chǎng)中所受的力,與其始點(diǎn)和終點(diǎn)相同的載流直導(dǎo)線所受的磁場(chǎng)力相同.,,,161,二 磁場(chǎng)作用于載流線圈的磁力矩,如圖 均勻磁場(chǎng)中有 一矩形載流線圈 MNOP,,,,,162,線圈有N匝時(shí),,,163,穩(wěn)定平衡,不穩(wěn)定平衡,討 論,(1) 與 同向,(2)方向相反,(3)方向垂直,力矩最大,164,結(jié)論: 均勻磁場(chǎng)中,任意形狀剛性閉合平面通電線圈所受的力和力矩為,165,一 磁介質(zhì),,1 磁介質(zhì),166,磁場(chǎng)強(qiáng)度,二 磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理,,167,各向同性磁介質(zhì),相對(duì)磁導(dǎo)率,磁 導(dǎo) 率,電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng),第 十 章,169,英國(guó)物理學(xué)家和化學(xué)家,電磁理論的創(chuàng)始人之一. 他創(chuàng)造性地提出場(chǎng)的思想,最早引入磁場(chǎng)這一名稱. 1831年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象,后又相繼發(fā)現(xiàn)電解定律,物質(zhì)的抗磁性和順磁性,及光的偏振面在磁場(chǎng)中的旋轉(zhuǎn).,法拉第(Michael Faraday, 1791-1867),170,一 電磁感應(yīng)現(xiàn)象,171,當(dāng)穿過(guò)閉合回路所圍面積的磁通量發(fā)生變化時(shí),回路中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),且感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)正比于磁通量對(duì)時(shí)間變化率的負(fù)值.,二 電磁感應(yīng)定律,172,(1)閉合回路由 N 匝密繞線圈組成,磁通匝數(shù)(磁鏈),(2)若閉合回路的電阻為 R ,感應(yīng)電流為,173,,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向,,與回路取向相反,與回路成右螺旋,174,三 楞次定律,閉合的導(dǎo)線回路中所出現(xiàn)的感應(yīng)電流,總是使它自己所激發(fā)的磁場(chǎng)反抗任何引發(fā)電磁感 應(yīng)的原因(反抗相對(duì)運(yùn)動(dòng)、磁場(chǎng)變化或線圈變形等).,,175,,用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向,,,176,楞次定律是能量守恒定律的一種表現(xiàn),維持滑桿運(yùn)動(dòng)必須外加一力,此過(guò)程為外力克服安培力做功轉(zhuǎn)化為焦耳熱.,177,引起磁通量變化的原因,,178,電動(dòng)勢(shì),閉合電路的總電動(dòng)勢(shì),: 非靜電的電場(chǎng)強(qiáng)度.,179,一 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì),,,平衡時(shí),180,設(shè)桿長(zhǎng)為,181,解 根據(jù)楞次定律,判斷感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向,例1 一長(zhǎng)為 的銅棒在磁感強(qiáng)度為 的均勻磁場(chǎng)中,以角速度 在與磁場(chǎng)方向垂直的平面上繞棒的一 端轉(zhuǎn)動(dòng),求銅棒兩端的 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).,182,183,二 感生電動(dòng)勢(shì),麥克斯韋假設(shè) 變化的磁場(chǎng)在其周圍空間激發(fā)一種電場(chǎng)——感生電場(chǎng) .,184,閉合回路中的感生電動(dòng)勢(shì),185,186,磁場(chǎng)能量密度,磁場(chǎng)能量,187,經(jīng)典電磁理論的奠基人,氣體動(dòng)理論創(chuàng)始人之一. 提出了有旋電場(chǎng)和位移電流的概念,建立了經(jīng)典電磁理論,預(yù)言了以光速傳播的電磁波的存在. 在氣體動(dòng)理論方面,提出了氣體分子按速率分布的統(tǒng)計(jì)規(guī)律.,麥克斯韋(1831-1879)英國(guó)物理學(xué)家,188,1865 年麥克斯韋在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上,提出完整的電磁場(chǎng)理論,他的主要貢獻(xiàn)是提出了“有旋電場(chǎng)”和“位移電流”兩個(gè)假設(shè),從而預(yù)言了電磁波的存在,并計(jì)算出電磁波的速度(即光速).,( 真空中 ),189,1888 年赫茲的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了他的預(yù)言,麥克斯韋理論奠定了經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ),為無(wú)線電技術(shù)和現(xiàn)代電子通訊技術(shù)發(fā)展開辟了廣闊前景.,( 真空中 ),190,一 位移電流 全電流安培環(huán)路定理,(以 L 為邊做任意曲面 S ),穩(wěn)恒磁場(chǎng)中,安培環(huán)路定理,191,麥克斯韋假設(shè) 電場(chǎng)中某一點(diǎn)位移電流密度等于該點(diǎn)電位移矢量對(duì)時(shí)間的變化率.,192,位移電流,位移電流密度,通過(guò)電場(chǎng)中某一截面的位移電流等于通過(guò)該截面電位移通量對(duì)時(shí)間的變化率.,193,(1)全電流是連續(xù)的; (2)位移電流和傳導(dǎo)電流一樣激發(fā)磁場(chǎng); (3)傳導(dǎo)電流產(chǎn)生焦耳熱,位移電流不產(chǎn) 生焦耳熱.,全電流,194,例1 有一圓形平行平板電容器, 現(xiàn)對(duì)其充電,使電路上的傳導(dǎo) 電流 ,若略去邊緣效應(yīng), 求(1)兩極板間的位移電流; (2)兩極板間離開軸線的距離為 的點(diǎn) 處 的磁感強(qiáng)度 .,195,解 如圖作一半徑為 平行于極板的圓形回路,通過(guò)此圓面積的電位移通量為,196,計(jì)算得,代入數(shù)據(jù)計(jì)算得,197,電磁場(chǎng) 麥克斯韋電磁場(chǎng)方程的 積分形式,磁場(chǎng)高斯定理,安培環(huán)路定理,靜電場(chǎng)環(huán)流定理,靜電場(chǎng)高斯定理,198,- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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