麦克斯韦的电磁场理论电子教案
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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。
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
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。
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。
Hale Waihona Puke Baidu
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。
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。
➢ 麦克斯韦尔假设一: ——感生电场假设
变化的磁场
电场
➢ 麦克斯韦尔假设二: ——位移电流假设
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。
❖ 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。
❖ 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
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。
麦克斯韦的进一步推广
S
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❖ 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。
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
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。
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。
Hale Waihona Puke Baidu
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。
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。
➢ 麦克斯韦尔假设一: ——感生电场假设
变化的磁场
电场
➢ 麦克斯韦尔假设二: ——位移电流假设
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。
❖ 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。
❖ 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
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
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❖ 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。