2020年高中物理竞赛-电磁学篇（电磁场理论）02宏观电磁场的基本规律：真空中的麦克斯韦方程组(共15张PPT)

电磁场理论 Electromagnetic Theory 2020高中物理竞赛 （电磁学篇） §2.4 真空中的Maxwell方程组 1 Faraday电磁感应定律 Faraday从1820年开始探索 磁场产生电场的可能性，经 过11年的努力，终于在1831 年实验发现，当穿过闭合线 圈的磁通量发生变化时，闭 合导线中有感应电流产生， 感应电流的方向总是以自己 产生的磁通量对抗原来磁通 量的改变。 进一步的实验还证明，只要闭合曲线内磁通 量发生变化，感应的电场不仅存在于导体回 路上，也同样存在于非导体回路上，并满足 如下定量关系式： 曲面磁通量改变率 回路 电动势 §2.4 真空中的Maxwell方程组 Faraday电磁感应实验定律表明： 变化的磁场可以产生感应电场，该电场与静电场都对电荷有力的作用，所不同的是感应电场沿闭合回路的积分不为零，具有涡旋场的性质，变化的磁场是其旋涡源。因此静态场方程必须加以修正，才能正确描述更为一般的电磁现象。 §2.4 真空中的Maxwell方程组 位移电流概念 将 Biot—Savart定律应 用到如图所表示的环 路L，同样以L为边界 的两个不同曲面S1和 S2，其旋涡源的通量 有两个不同的结果： §2.4 真空中的Maxwell方程组 存在变化电场 Maxwell认为，在时变电磁场问题中，电荷密 度 一般是时间的函数，它对于时间的微分 不一定为零，即： 而另一方面， 出现了相互矛盾的结果。 §2.4 真空中的Maxwell方程组 (电荷守恒定律） 相互矛盾的结果 在Maxwell所处的时代，磁力线的闭合特性被实验所 证明，因此他认为 是正确的。如果要使 §2.4 真空中的Maxwell方程组 与 一致，必须对电流 J 进行改造和推广 。 Maxwell认为电流由两个部分组成，其中一部分为 传导电流，另一部分被他称之为位移电流 ，即： 为了获得位移电流表达式，Maxwell认为静电场的 Gauss定律和电荷守恒定律是实验的总结，应予 以保留。利用这两个定律，他对电流的形式进行 了如下的推广： §2.4