西安电子科技大学：《电磁场与电磁波基础》课程教学课件（讲义，2012）14 时变电磁场（I）

第14讲时变电磁场（1) 。概论 法拉第电磁感应定律 ·位移电流 ERSITY KIDIAN.EDU.CI 2011年6月10日星期五 lexu@mail.xidian.edu.cn 2

2011年6月10日星期五 lexu@mail.xidian.edu.cn 2 第14讲 时变电磁场 ( I )  概论  法拉第电磁感应定律  位移电流 XIDIAN UNIVERSITY LEXU@MAIL.XIDIAN.EDU.CN

概论 ●静态场 电荷产生静电场： ()= 40 dd region p3 运动电荷（恒定电流）产生静磁场： B(r)=46 Idl×R 4πJG R ·静电场旋度为零，是保守场； 。静磁场散度为零，磁力线连续； ·静电场和静磁场可不依赖彼此的独立存在 2011年6月10日星期五 lexu@mail.xidian.edu.cn

2011年6月10日星期五 lexu@mail.xidian.edu.cn 3 概论  静态场  电荷产生静电场：  运动电荷(恒定电流)产生静磁场：  静电场旋度为零，是保守场；  静磁场散度为零，磁力线连续；  静电场和静磁场可不依赖彼此的独立存在 ( ) 3 0 1 4 region qR E r dq πε R = ′ ∫    1 0 1 1 3 ( ) 4 C I dl R B r R µ π × = ∫     XIDIAN UNIVERSITY LEXU@MAIL.XIDIAN.EDU.CN

概论 变化的电荷 变化的电流 产生的场 时变((time varying)电磁场 。时变的磁场会激发时变电场一感应induced)电场 。时变的电场会激发时变磁场 。感应电场不是保守场 时变电场与时变磁场互相激发，不再独立，构成统一的时变 电磁场 ●Maxwell's Equations是时变电磁场的描述方程 2011年6月10日星期五 lexu@mail.xidian.edu.cn

2011年6月10日星期五 lexu@mail.xidian.edu.cn 4 概论  时变(time varying)电磁场  时变的磁场会激发时变电场—感应(induced)电场  时变的电场会激发时变磁场  感应电场不是保守场  时变电场与时变磁场互相激发，不再独立，构成统一的时变 电磁场  Maxwell’s Equations 是时变电磁场的描述方程 ？ 变化的电荷 变化的电流 产生的场 XIDIAN UNIVERSITY LEXU@MAIL.XIDIAN.EDU.CN

概论 1820年奥斯特 电产生磁 历史性 1831年法拉第 产生电 磁 涡旋电场 1865年麦克斯韦的两个假设 位移电流 变化的磁场 激发 电场 变化的电场 2011年6月10日星期五 exu@mail.xidian.edu.cn 磁场

2011年6月10日星期五 lexu@mail.xidian.edu.cn 5 概论 1820年奥斯特 电 磁 1831年法拉第 磁 电 1865年麦克斯韦的两个假设 产生 产生 涡旋电场 位移电流 历史性 变化的磁场 电场 变化的电场 磁场 激发 XIDIAN UNIVERSITY LEXU@MAIL.XIDIAN.EDU.CN

法拉第电磁感应定律 法拉第 (Michael Faraday,1791-1867) 伟大的英国物理学家和化学家.他创造性地 提出场的思想，磁场这一名称是法拉第最 早引入的.他是电磁理论的创始人之一，于 1831年发现电磁感应现象，后又相继发现 电解定律，物质的抗磁性和顺磁性，以及 光的偏振面在磁场中的旋转. 楞次 (1804-1865) 俄国物理学家和地球物理学家，1836年至 1865年任圣彼得堡大学教授，兼任海军和 贩薀等院校物理学教授。 exu@mail.xidian.edu.cn

2011 年 6 月10日星期五 lexu@mail.xidian.edu.cn 6 法拉第电磁感应定律 法拉第 （Michael Faraday, 1791 -1867 ） 伟大的英国物理学家和化学家. 他创造性地 提出场的思想，磁场这一名称是法拉第最 早引入的 .他是电磁理论的创始人之一，于 1831年发现电磁感应现象，后又相继发现 电解定律，物质的抗磁性和顺磁性，以及 光的偏振面在磁场中的旋转 . 楞次 (1804 -1865) 俄国物理学家和地球物理学家，1836年至 1865年任圣彼得堡大学教授，兼任海军和 师范等院校物理学教授。 XIDIAN UNIVERSITY LEXU@MAIL.XIDIAN.EDU.CN

法拉第电磁感应定律 MA 2011年6月10日星期五 lexu@mail.xidian.edu.cn

2011年6月10日星期五 lexu@mail.xidian.edu.cn 7 法拉第电磁感应定律 XIDIAN UNIVERSITY LEXU@MAIL.XIDIAN.EDU.CN

法拉第电磁感应定律 (a) 6】 通 2011年6月10日星期五 lexu@mail.xidian.edu.cn

2011年6月10日星期五 lexu@mail.xidian.edu.cn 8 法拉第电磁感应定律 XIDIAN UNIVERSITY LEXU@MAIL.XIDIAN.EDU.CN

法拉第电磁感应定律 。电流的磁效应：1820年奥斯特首次由实验发现 。奥斯特(1777一1851)，丹麦物理学家、化学家。 1777年8月14日生于丹麦的路克宾。1794年他进入哥 本哈根大学学习医学和自然科学，1799年获得博士学 位。 ●1801一1803年他旅游德国、法国等地，于1804年回国。 1806年被聘为哥本哈根大学物理、化学教授，研究电 流和声等课题。 1820年发现电流的磁效应。1824年倡议成立丹麦自然 科学促进会，1829年出任哥本哈根理工学院院长，直 到1851年3月9日在哥本哈根逝世，终年74岁。 2011年6月10日星期五 lexu@mail.xidian.edu.cn

2011年6月10日星期五 lexu@mail.xidian.edu.cn 9 法拉第电磁感应定律  电流的磁效应：1820年奥斯特首次由实验发现  奥斯特(1777—1851)，丹麦物理学家、化学家。  1777年8月14日生于丹麦的路克宾。1794 年他进入哥 本哈根大学学习医学和自然科学，1799年获得博士学 位。  1801—1803年他旅游德国、法国等地，于1804年回国。 1806年被聘为哥本哈根大学物理、化学教授，研究电 流和声等课题。  1820年发现电流的磁效应。1824年倡议成立丹麦自然 科学促进会，1829年出任哥本哈根理工学院院长，直 到1851年3月9日在哥本哈根逝世，终年74岁。 XIDIAN UNIVERSITY LEXU@MAIL.XIDIAN.EDU.CN

法拉第电磁感应定律 法拉第于1821年提出“由磁产生电”的大胆设想 ● 1821年9月他发现通电的导线能绕磁铁旋转以及磁体绕载流导 体的运动，第一次实现了电磁运动向机械运动的转换，从而建 立了电动机的实验室模型。 ·1831年，经过无数次实验的失败发现了电磁感应定律。这一划 时代的伟大发现，使人类掌握了电磁运动相互转变以及机械能 和电能相互转变的方法，成为现代发电机、电动机、变压器技 术的基础。 ©法拉第定律：如果在磁场中有导线构成闭合回路，当通过回 路所限定曲面的磁通发生变化时，回路中会产生感应电动势， 从而引起感应电流。 2011年6月10日星期五 lexu@mail.xidian.edu.cn 10

2011年6月10日星期五 lexu@mail.xidian.edu.cn 10 法拉第电磁感应定律  法拉第于1821年提出“由磁产生电”的大胆设想  1821年9月他发现通电的导线能绕磁铁旋转以及磁体绕载流导 体的运动，第一次实现了电磁运动向机械运动的转换，从而建 立了电动机的实验室模型。  1831年，经过无数次实验的失败发现了电磁感应定律。这一划 时代的伟大发现，使人类掌握了电磁运动相互转变以及机械能 和电能相互转变的方法，成为现代发电机、电动机、变压器技 术的基础。  法拉第定律：如果在磁场中有导线构成闭合回路，当通过回 路所限定曲面的磁通发生变化时，回路中会产生感应电动势， 从而引起感应电流。 XIDIAN UNIVERSITY LEXU@MAIL.XIDIAN.EDU.CN

法拉第电磁感应定律 dΦ >0 d20 的绕行方向 的绕行方向 Φ>0，p>0,s.0d 0 。楞次定律： t ·闭合回路中产生感应电流的方向总是使得感应电流所激发的磁 场阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因，楞次定律是能 量守恒定律的一种表现 2011年6月10日星期五 lexu@mail.xidian.edu.cn

2011年6月10日星期五 lexu@mail.xidian.edu.cn 11 法拉第电磁感应定律  楞次定律：  闭合回路中产生感应电流的方向总是使得感应电流所激发的磁 场阻碍引起感应电流的磁通量的变化。  感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因，楞次定律是能 量守恒定律的一种表现. XIDIAN UNIVERSITY LEXU@MAIL.XIDIAN.EDU.CN