麦克斯韦方程组详细介绍.ppt

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1、电磁学（第三册）第11章麦克斯韦方程组和电磁辐射1目录§11.1麦克斯韦方程组§11.3平面电磁波§11.2加速运动电荷辐射电磁波§11.4电磁波的能量和动量【演示实验】电磁波的发射与接收（灯泡）2§11.1麦克斯韦方程组麦克斯韦总结了库仑、安培和法拉第等人的电磁学研究成果，归纳出了电磁场的基本方程组。1862年麦克斯韦预言了电磁波的存在，论证了光是一种电磁波。1888年赫兹用实验证实电磁波的存在。麦克斯韦3一、真空中电磁学基本规律4电场的高斯定理：电荷总伴随有电场。任何电场都满足高斯定理。感应电场场线一定闭合、无头无尾。5法拉第电磁感应定律：变

2、化的磁场会激发（伴随有）感应电场。任何电场都满足法拉第电磁感应定律。的场线不闭合、有头有尾。和6磁通连续定理：磁场场线一定闭合、无头无尾。不存在单一的“磁荷”－磁单极子。安培环路定理：磁场与电流及变化的电场的关系。7二、介质中电磁学基本规律8边界条件：（界面上无自由电荷）（界面上无传导电流）9介质性质方程：（各向同性线性介质）E：恒定电场，K：非静电力场导体中的电流密度矢量：10电流的连续性方程：dSJ电荷守恒微分形式洛仑兹力公式：11+静止电荷的电场不传播+vBE匀速运动电荷的电磁场随电荷运动,但不传播。§11.2加速运动电荷辐射电磁波电磁辐射

3、总是和电荷的加速运动相联系。电荷运动的信息尚未传到球面外。内区：匀速运动点电荷电场v<

4、。【演示实验】电磁波的发射与接收（灯泡）赫兹15振荡偶极振子发射的电磁波振荡电偶极矩：偶极子附近电场线的变化16电场线磁场线…EBEBE17功率大、准直性好、较宽连续频谱（X射线范围）、高度偏振性。同步辐射光源电子回旋加速器北京正负电子对撞机：周长240m,2.8GeV合肥同步辐射光源：周长66m,0.8GeV辐射18轫致辐射（decelerationridiation）电荷减速所产生的辐射。例如X射线就是高速电子轰击靶减速时产生的。X射线波长：+-KAX射线X射线管19BEp§11.3平面电磁波BCE例：振荡电偶极子的远场－近似的平面电磁波E

5、B传播方向～201、横波性真空中的光速EB212、在空间同一点E和B相互垂直，同频率，同相位地变化。EBB的作用远小于E的作用22§11.4电磁波的能量和动量一、能量密度23二、能流密度DcctDAu三、能流密度矢量—坡印庭（Poynting）矢量24设，则【例】电容充电过程的能量传输EBi(t)A25【思考】放电过程能流的方向？能量从侧面流入电容器。坡印庭矢量EBi(t)A26四、电磁波的动量密度能量密度：动量密度：27辐射压强（光压）：“绝对”黑p全吸收垂直射到“绝对”黑的表面垂直射到完全反射表面281899年列别捷夫首次测定了光压离100W

6、灯泡1m小镜悬丝prpr抽空光照力矩你相信电磁波有动量吗？太阳光压:10-6N/m2大气压:105N/m229彗星尾的形成彗星尾由尘埃组成。当彗星运行到太阳附近，尘埃颗粒受到太阳光的光压比引力大，被推向远离太阳的方向形成很长的彗星尾，被太阳照得很亮。光的波粒二相性（下学期讨论）电磁波—“波动性”能量和动量—“粒子性”—光子Compton散射（下学期讨论）验证了光子具有动量。301031061091012101510221031001061091013105102HZ1KHZ1MHZ1GHZ1T1km1m1cm11nmA01μmX射线紫外线可见光

7、红外线微波高频电视调频广播雷达无线电射频电力传输射线γ电磁波谱频率波长31量子场论：带电粒子用量子力学描述；光子(电磁量子)在空间的传播用麦克斯韦方程组描述；带电粒子之间的电磁相互作用用交换光子的方式描述。经典电磁学适用的范围经典电磁学适用于：光的粒子性和带电粒子的波动性都不显著的过程。32