高二物理競賽磁場的能量電磁場基本方程課件

8-5磁場的能量磁場能量密度引入：電容器充電，儲存電場能量當(dāng)線圈中通有電流時，在其周圍建立了磁場，所儲存的磁能等于建立磁場過程中，電源反抗自感電動勢所做的功。電場能量密度外力克服靜電場力所做的功+++++++++---------+一、線圈貯存的能量——自感磁能:對于如圖所示的電路電源供給的能量電源反抗自感電動勢作的功(線圈存儲的磁能)焦耳熱自感線圈貯存的磁場二、磁場的能量以長直螺線管為例：當(dāng)流有電流I時長直螺線管的磁場能量:定義磁場的能量密度:磁場所儲存的總能量:積分遍及磁場存在的全空間。

例

如圖同軸電纜,中間充以磁介質(zhì),芯線與圓筒上的電流大小相等、方向相反.已知

,求單位長度同軸電纜的磁能和自感.設(shè)金屬芯線內(nèi)的磁場可略.解由安培環(huán)路定律可求H則

單位長度殼層體積麥克斯韋（JamesClerkMaxwell1831——1879)19世紀偉大的英國物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家。經(jīng)典電磁理論的奠基人，氣體動理論的創(chuàng)始人之一。他提出了有旋電場和位移電流概念，建立了經(jīng)典電磁理論，并預(yù)言了以光速傳播的電磁波的存在。他的《電磁學(xué)通論》與牛頓時代的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》并駕齊驅(qū)，它是人類探索電磁規(guī)律的一個里程碑。在氣體動理論方面，他還提出氣體分子按速率分布的統(tǒng)計規(guī)律。8-6位移電流、電磁場基本方程的積分形式++++----I穩(wěn)恒磁場中,安培環(huán)路定理L一、位移電流全電流安培環(huán)路定理1、問題的提出RI0lI0對于曲面S1對于曲面S2對于非穩(wěn)恒電路，傳導(dǎo)電流不連續(xù)，安培環(huán)路定理不成立。（以L為邊做任意曲面

S

）非穩(wěn)恒電路：2、解決問題的方法：方法1，在實驗基礎(chǔ)上，提出新概念，建立與實驗事實相符合的新理論；方法2，在原有定律的基礎(chǔ)上，根據(jù)新觀察到的實驗現(xiàn)象，提出合理的假設(shè)，對原有的定律作必要的修正，使矛盾得到解決。3、位移電流假設(shè)以電容器放電為例：電位移與電位移通量隨時間的變化率dΨ/dt在數(shù)值上等于板內(nèi)的傳導(dǎo)電流；dD/dt在數(shù)值上等于板內(nèi)的傳導(dǎo)密度+++++-----IIAB麥克斯韋位移電流定義電場中某一點位移電流密度jd，等于該點的電位移矢量D對時間的變化率，通過電場中某一截面位移電流Id等于通過該截面電位移通量Ψ對時間的變化率說明：1）位移電流和傳導(dǎo)電流一樣激發(fā)磁場。2）傳導(dǎo)電流產(chǎn)生焦耳熱，位移電流不產(chǎn)生焦耳熱（位移電流不產(chǎn)生熱效應(yīng)與化學(xué)效應(yīng)）。+++++-----磁場強度H沿任意閉合回路的環(huán)流，等于通過此閉合回所圍面積的全電流，稱為全電流安培定律，簡稱全電流定律。4、全電流定律若電路中同時存在傳導(dǎo)電流Ic與位移電流Id，定義全電流安培環(huán)路定理可修正為＊全電流具有連續(xù)性

例1有一圓形平行平板電容器,.現(xiàn)對其充電,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處的磁感強度.*

解如圖作一半徑為平行于極板的圓形回路，通過此圓面積的電位移通量為計算得代入數(shù)據(jù)計算得*二、麥克斯韋方程組1、靜電場與穩(wěn)恒電流磁場規(guī)律靜電場的高斯定理靜電場的環(huán)流定理磁場的高斯定理安培環(huán)路定理1.電場的高斯定理2.磁場的高斯定理靜電場是有源場、感應(yīng)電場是渦旋場傳導(dǎo)電流、位移電流產(chǎn)生的磁場都是無源場2、麥克斯韋假設(shè)——渦旋電場與位移電流3.電場的環(huán)路定理——法拉第電磁感應(yīng)定律4.全電流安培環(huán)路定理靜電場是保守場，變化磁場可以激發(fā)渦旋電場傳導(dǎo)電流和變化電場可以激發(fā)渦旋磁場四個方程稱為麥克斯韋方程組的積分形式.麥克斯韋方程組能完全描述電磁場的動力學(xué)過程◆麥克斯韋方程組的積分形式各向同性介質(zhì)中，介質(zhì)方程四、麥克斯韋方程組的微分形式小結(jié)磁場的能量線圈