第十一章电磁场以及电磁波.ppt

【第十一章 电磁场及电磁波】 在电磁学领域，第十一章主要探讨的是电磁场和电磁波的理论。这一章分为三个部分：位移电流、麦克斯韦方程组以及电磁场的能量与动量。 让我们深入理解位移电流的概念。位移电流并不是实际的电子流动，而是由于电场变化导致的等效电流。在静电场中，电场遵循高斯定理（电通量与电荷的关系）和静电场环流定理（电场线不形成闭合环路）。然而，在变化的磁场中，情况有所不同。麦克斯韦通过研究感生电动势现象，提出变化的磁场会产生涡旋电场，这导致了位移电流的概念。法拉第电磁感应定律表明，电场的环流不仅包括静电场，还包含因磁场变化产生的非稳恒电场。这意味着在非稳恒情况下，电场环流定理需要扩展以包含位移电流。 位移电流的关键在于它弥补了电容器充放电时传导电流的不连续性。当电容器充电或放电时，电荷在极板间累积，导致电场变化。这种变化会在极板表面产生一个等效的电流，即位移电流。位移电流的数学表达式是通过麦克斯韦的假设推导得出的，它表示为电位移矢量D的时间变化率。通过高斯定理的微分形式，我们可以得出位移电流与电荷变化率的关系，即位移电流密度等于电位移对时间的偏导数。 接下来，麦克斯韦方程组是电磁学的基石，它包括四个基本方程，其中一个是位移电流的描述。这个方程表明，即使在非稳恒状态下，通过任何闭合曲面的总电流（包括传导电流和位移电流）都是守恒的。麦克斯韦方程组将静电学和动力学统一起来，揭示了电磁场的动态演化规律，为电磁波的传播提供了理论基础。 电磁场的能量与动量是电磁波传播的重要方面。电磁波不仅携带能量，还携带动量，这两者都是通过电场和磁场的相互作用传递的。能量和动量的传播特性对于理解电磁波如何在空间中传播，以及它们与物质的相互作用至关重要。 第十一章的电磁场与电磁波内容涵盖了位移电流的概念、麦克斯韦方程组的建立以及电磁场能量与动量的讨论，这些都是电磁学中至关重要的知识点，对于理解电磁现象的本质和应用具有深远的意义。