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麦克斯韦电磁场理论
万物互联
卫星通话 纵横山海
电磁波传递信息
第八章 电磁振荡与电磁波
电磁波传递能量
受电线圈
送电线圈
无线充电如何实现？
无线充电
送电线圈 A
受电线圈 B
受电线圈 B 中发生了电磁感应现象，产生了感应电流。
法拉第电磁感应实验
无线充电如何实现？
需要送电线圈A 产生的磁场不断变化，受电线圈 B 中才有可能一直有感应电流。也许 B 中的感应电流是交变电流？
无线充电
送电线圈 A
受电线圈 B
法拉第电磁感应实验
无线充电如何实现？
需要送电线圈A 产生的磁场不断变化，受电线圈 B 中才有可能一直有感应电流。也许 B 中的感应电流是交变电流？
无线充电
送电线圈 A
受电线圈 B
无线充电如何实现？
实验验证
无线充电如何实现？
无线充电
送电线圈 A
受电线圈 B
法拉第：电磁感应现象
奥斯特：电流的磁效应
B不断变化
“磁生电”
“电生磁”
电磁通过“场”相互作用
电磁场理论建立的基础
无线充电
受电线圈 B
送电线圈 A
B逐渐增大
导线
i
图（a）
感应电流形成的微观原因是什么？
i
感应电流形成的微观原因是什么？
电流是电荷的定向移动产生的。导体中的自由电子应该是受到了电场力的作用。
E
图（b）
金属导体中电子的“漂移”
0
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
E
自由电子
i
电场方向 E 和电流 i 方向一致
涡旋电场
B逐渐增大
导线
图（a）
B逐渐增大
i
感应电流形成的微观原因是什么？
电流是电荷的定向移动产生的。导体中的自由电子应该是受到了电场力的作用。
E
图（b）
涡旋电场
B逐渐增大
导线
图（a）
B逐渐增大
麦克斯韦
无论闭合回路是否存在，感应电场总是存在的。根据法拉第电磁感应定律，磁感应强度变化越快，感应电动势越大，感应电流越大，可推知产生的感应电场的强度越大。
根据楞次定律，可判断感应电流方向，从而判断感应电场方向。
变化的磁场在周围空间产生了电场。
i
电流是电荷的定向移动产生的。导体中的自由电子应该是受到了电场力的作用。
E
图（b）
涡旋电场
B逐渐增大
导线
图（a）
B逐渐增大
变化的磁场在空间产生电场
麦克斯韦
无论闭合回路是否存在，感应电场总是存在的。根据法拉第电磁感应定律，磁感应强度变化越快，感应电动势越大，感应电流越大，可推知产生的感应电场的强度越大。
根据楞次定律，可判断感应电流方向，从而判断感应电场方向。
变化的磁场在周围空间产生了电场。
电场
Text here
磁场
电荷
变化的磁场
电流
变化的电场？
变化的磁场在周围空间会产生电场，
那么
变化的电场是不是也会在周围空间产生磁场呢？
基于统一和对称的假设
i
i
E逐渐增大
i
变化的电场在空间产生磁场
变化的电场在空间产生磁场
i
P
i
E逐渐增大
B
变化的电场在空间产生磁场
i
(位移电流)
麦克斯韦
当电场增强时，电场周围感应磁场的方向和假定两极板之间存在着与电场同方向的电流（位移电流）产生的磁场一样，可通过右手螺旋定则判断。
变化的电场在周围空间产生了磁场。
电场强度变化得越快，产生的感应磁场的磁感应强度越大。
变化的电场在空间产生磁场
i
P
i
E逐渐增大
B
电场变化快，感应磁场强
电场变化慢，感应磁场弱
进一步推论：
如果电场随时间均匀变化，产生的磁场不随时间变化；
如果电场随时间不均匀变化，产生的磁场随时间变化。
变化的电场在空间产生磁场
变化的电场
稳定
磁场
变化的磁场
随 t 均匀变化
随 t 不均匀变化
随 t 不均匀变化
随 t 均匀变化
稳定
电场
变化的电场
周期性变化的电场产生周期性变化的磁场
周期性变化的磁场产生周期性变化的电场
周期性变化的磁场产生周期性变化的电场
假设1：变化的磁场产生电场
麦克斯韦电磁场理论的主要观点
变化的磁场
Text here
变化的电场
麦克斯韦
周期性变化的电场产生周期性变化的磁场
假设2：变化的电场产生磁场
电磁场
逻辑推理
电磁波
变化的电场和磁场形成电磁场
变化的电磁场在空间传播形成电磁波
示例
当电容器两极板之间的电场发生如图所示的各种变化时，试说明哪种（或哪几种）变化能够在周边产生电磁波。
A 中电场是稳定的不变化，无法在空间产生磁场，也无法产生电磁波；
B 和C 中电场随 t 均匀变化，会产生稳定的磁场，稳定的磁场不再激发新的电场，也无法产生电磁波；
D 中的电场随 t 不均匀且周期性变化，会产生随 t 不均匀且周期性变化的磁场，再产生随 t 不均匀且周期性变化的电场，周期性变化的电场和磁场交替产生，产生电磁波。
电磁场理论的意义
麦克斯韦方程组
电磁场理论的意义
麦克斯韦方程组
数学
法拉第描绘的
两个带电导体球间的电场
麦克斯韦方程组
他从这组公式里算出了电磁波的速度，发现跟那时已知的光波的速度是一样的，所以他就肯定：光就是电磁波。这是1860年的一个重大贡献，这一发现把物理学中关于电、磁、光之间的关系整个地改观了。
———杨振宁
电磁场理论的意义
麦克斯韦根据电磁场理论预言电磁波的存在
赫兹证实了电磁波的存在
感应圈
发
射
接
收
赫兹
（H.R.Hertz ,1857-1894）
赫兹证实电磁波存在的实验装置
感应圈
发
射
接
收
电磁波的验证
电磁波的验证
理论
实验
变化的磁场在周围空间产生电场；
变化的电场在周围空间产生磁场。
变化的电场和磁场相互联系，形成一个不可分割的电磁场。
周期性变化的电场和周期性变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成了电磁波。
逻辑推理

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