电磁场和电磁波2.ppt

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1、11-1位移电流　麦克斯韦方程组12-2电磁波下页上页结束返回第十一章电磁场和电磁波11.1位移电流麦克斯韦方程组11.1.1位移电流和全电流1.问题的提出(1)变化的磁场能产生涡旋电场,变化的电场呢?(2)安培环路定理在非稳恒电流的情况下是否适用?I指传导电流.而非稳恒情况下,传导电流可能不连续.S1LS2以L为边界有两个曲面S1,S2H沿L的环流与曲面有关.解决途径:一是建立新理论;二是修正安培环路定理.下页上页结束返回-+BA----++++I2.位移电流假设分析平行板电容器的放电过程(非稳恒电流)BA-σ+σIcIDj0j0A板上有正电荷+,q=S

2、B板上有负电荷-.考虑两板间的电场:电位移矢量D大小为:D=通过截面的总电位移矢量通量为=SD(=S=q)当电容器放电时两板间j0=0,但当变化时有:j0为传导电流密度下页上页结束返回Maxwell位移电流假设:BA-σ+σIcIDjcjc或者:可认为在两板间中断的传导且dD/dt的方向与D的方向相反.电流由dD/dt来接替了.电场中某一点位移电流密度jD等于该点电位移矢量对时间的变化率;通过电场某一截面的位移电流ID等于通过该截面电位移通量对时间的变化率，即故中断了的传导电流I0由位移电流ID连续下去(电流连续).ID下页上页结束返回11.1.2

3、全电流的安培环路定理若电路中同时存在传导电流I0和位移电流ID磁场强度沿任意闭合回路的环流等于穿过此闭合回路所围曲面的全电流——全电流安培环路定理.则，Is=I0+ID叫全电流定理右边第一项表示传导电流对磁场环流的贡献.定理右边第二项表示位移电流对磁场环流的贡献.它们都满足右手关系:HjcH下页上页结束返回传导电流与位移电流的比较理论和实践都证明:导体内的变化电场所产生的位移电流几乎为零，完全可以忽略不计.(1)在对磁场环流的贡献,两者等效;(2)传导电流意味着电荷的流动,位移电流意味着电场的变化;(3)传导电流通过导体时放出焦耳热,位移电流不产生焦耳热;(4

4、)通常电介质内主要是位移电流,导体中主要是传导电流.下页上页结束返回11.1.3麦克斯韦方程组1.静电场的高斯定理2.静电场的环流定理3.磁场的高斯定理4.安培环路定理2′静电场的环流定理4′安培环路定理静电荷激发的电场和恒定电流激发的磁场的基本方程:麦克斯韦引入涡旋电场概念，静电场环路定理修改为(有源场)(无旋场)(有旋场)下页上页结束返回电磁场的四个基本方程它是对电磁场基本规律所作的总结性、统一性的简明而完美的描述.1.电场的高斯定理3.磁场的高斯定理2.电磁场的环流定理4.电磁场的安培环路定理上述四个方程构成Maxwell方程组的积分形式.相应的还有四个

5、微分形式的方程．下页上页结束返回LC++--11.2电磁波Maxwell理论表明变化的电磁场在空间传播,形成电磁波.11.2.1振荡电偶极子产生的电磁波利用电磁波辐射装置产生电磁波.电磁波辐射装置即开放的LC电磁振荡电路.LC振荡电路++--缩小极板，开放电磁场++--进一步变化++--形成电偶极子振荡电偶极子可以作为发射电磁波的天线.下页上页结束返回发射无线电短波的电路示意图电源LCRLC振荡器传输线偶极子天线电磁波振荡偶极子类似一个正负电荷相对中心作谐振动的弹簧,可激发涡旋电场.电偶极矩:p=p0cost±⊝⊝⊖⊕⊖⊕下页上页结束返回振荡电偶极子周围

6、的电磁场由于电场是变化的,因此变化的电场周围有变化的磁场.电场线与磁场线构成相互垂直的同心圆.电场线磁场线•p(1)在远区,电场线是闭合的；(2)很远区,波面趋于球形;u(3)磁场线是环绕电偶极子的同心圆.下页上页结束返回11.2.2平面电磁波采用极坐标系,电矩p方向沿极轴,在r处E,H,r三者如图p0HruO极轴(1)E,H,u三者互相垂直,满足右手关系;式中u为电磁波的传播速度.在很远区:为平面电磁波xEHu(2)可证明,E、H大小为：下页上页结束返回E平面电磁波的特性5.真空中电磁波的传播速度等于真空中的光速.在空气中,电磁波的速度近似等于真空中的光速.

7、6.电磁波的频率等于振荡电路偶极子的频率,1.电磁波是横波.E、H、u三者垂直,构成右手螺旋系2.E和H只在各自平面内振动.即电磁波具有偏振性.4.E和H的数值成比例.E和H的振幅正比于频率的平方.3.E和H同相位.即E和H始终同步变化.下页上页结束返回11.2.3电磁波的能量电磁波的传播就是能量的传播,传播的能量叫辐射能.1.电磁波能量密度2.能流密度(或辐射强度)dAudtS=EH能流密度矢量S,也叫坡印廷矢量下页上页结束返回3.平均辐射强度(对时间平均)S=E×HSEH4.辐射功率(单位时间的辐射能)若S球面辐射,则采用球坐标平均辐射功率平均辐射功率与频

8、率的四次方成正比.S的方向就是电磁波的