Теория Максвелла. Вихревое электрическое поле. Ток смещения

1. Основы теории Максвелла. Вихревое электрическое поле. Ток смещения

Дисциплина: Физика
Раздел 2: «Электричество и магнетизм»
Тема 2.7
Основы теории Максвелла.
Вихревое электрическое поле.
Ток смещения

2. Основы теории Максвелла. Вихревое электрическое поле. Ток смещения

1. Вихревое электрическое поле. Ток
смещения.
2. Уравнения Максвелла в интегральной и
дифференциальной форме. Материальные
уравнения.
3. Электромагнитное поле. Принцип
относительности
в
электродинамике
(относительность электрического и магнитного
полей).

3. 1. Вихревое электрическое поле. Ток смещения.

Закон электромагнитной индукции:
- любое изменение сцепленного с контуром потока
магнитной индукции приводит к возникновению
электродвижущей силы индукции и индукционного
тока.
ЭДС в любой цепи возникает, когда в ней на
носители тока действуют сторонние силы — силы
неэлектростатического происхождения.

4.

Дж. К. Максвелл:
Всякое переменное магнитное
поле возбуждает в окружающем
пространстве
электрическое
поле,
которое
и
является
причиной
возникновения
индукционного тока в контуре.

5.

Меняющееся во времени магнитное поле порождает
меняющееся электрическое, циркуляция которого:

6.

Сравнение циркуляции векторов EQ и ЕВ.
Между полями EQ и ЕВ имеется принципиальное
различие: циркуляция вектора ЕВ в отличие от
циркуляции вектора EQ не равна нулю.
Электрическое поле ЕВ, возбуждаемое переменным
магнитным полем, как и само магнитное поле, является
вихревым.
Электростатическое поле EQ — потенциальное.

7.

Дж. К. Максвелл:
«Идея о симметрии во взаимозависимости
электрического
и
магнитного полей»:
Если всякое переменное магнитное
поле возбуждает в окружающем
пространстве
вихревое
электрическое поле, то должно
существовать и обратное явление:
всякое изменение электрического
поля должно вызывать появление в
окружающем
пространстве
вихревого магнитного поля.

8.

В цепи переменного тока, содержащей конденсатор,
переменное электрическое поле в конденсаторе в каждый
момент времени создает такое магнитное поле, как если
бы между обкладками конденсатора существовал ток
смещения, равный току в подводящих проводах.

9.

Ток проводимости вблизи обкладок конденсатора:
Для общего случая:

10.

Плотность тока смещения в диэлектрике:
Плотность тока поляризации:
- обусловлена упорядоченным движением
электрических зарядов в диэлектрике
Плотность тока смещения в ваууме:
- обусловлена только изменением
электрического поля во времени, но также
возбуждает магнитное поле.

11.

Полный ток всегда замкнут, т. е.
на концах проводника обрывается
лишь ток проводимости, а в
диэлектрике
(вакууме)
между
концами проводника имеется ток
смещения, который замыкает ток
проводимости.
- плотность тока проводимости
Полный ток – поток вектора
плотности полного тока:

12.

Полный ток в цепях переменного
тока всегда замкнут, т. е. на конце
проводника обрывается лишь ток
проводимости, а в диэлектрике
(вакууме)
между
концами
проводника имеется ток смещения,
который
замыкает
ток
проводимости.
Из всех физических свойств,
присущих току проводимости, току
смещения лишь присуще одно —
способность создавать в окружающем пространстве магнитное поле.

13.

Теорема о циркуляции вектора Н:
Полный ток:
Обобщенная теорема о циркуляции вектора Н:

14. 2. Уравнения Максвелла в интегральной и дифференциальной форме

Материальные уравнения
связи
Уравнения Максвелла в
интегральной форме

15.

Физический смысл уравнений Максвелла:
Источниками электрического поля могут быть либо
электрические заряды, либо изменяющиеся во времени
магнитные поля
Магнитные
поля
могут
возбуждаться
либо
движущимися
электрическими
зарядами
(электрическими
токами),
либо
переменными
электрическими полями.
Уравнения Максвелла не симметричны относительно
электрического и магнитного полей (существуют
электрические заряды, но нет зарядов магнитных).

16.

Уравнения Максвелла для стационарных полей:
Источниками электрического
поля
являются
только
электрические заряды,
источниками магнитного —
только токи проводимости.
Электрические и магнитные
поля независимы друг от
друга.

17.

Полная
система
уравнений
дифференциальной форме:
Максвелла
в

18.

Теоремы векторного анализа, используемые при
переходе от интегральной формы уравнений к
дифференциальной:
Теорема Стокса:
Теорема Гаусса:

19.

Значение теории Максвелла:
1. Показано, что электромагнитное поле – это
совокупность
взаимосвязанных
электрических
и
магнитных полей.
2. Предсказано существование электромагнитных
волн, распространяющихся от точки к точке с конечной
скоростью.
3. Показано, что световые волны являются
электромагнитными волнами.
4. Связано воедино электричество, магнетизм и
оптика.

20.

Существование электромагнитных волн переменного
электромагнитного
поля,
распространяющегося в пространстве с
конечной скоростью света, - вытекает из
уравнений Максвелла.
Электромагнитное
поле
—
фундаментальное
физическое
поле,
взаимодействующее
с
электрически
заряженными телами, а также с телами,
имеющими собственные электрические и
магнитные моменты. Представляет собой
совокупность электрического и магнитного
полей, которые могут, при определенных
условиях, порождать друг друга.

21.

Литература:
1. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высш.
шк., 2004. 478 с.
2. Савельев И.В. Курс общей физики: В 5 кн. М.: Астрель: АСТ, 2002.
3. www.phyzika.ru
4. www.physicon.ru
5. www.physics.ru
6. www.physics-lectures.ru
7. www.fizika.ayp.ru