电磁场与电磁波 ppt课件.ppt

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1、#第八章电磁场与电磁波§1Maxwell电磁理论一.电磁场的基本规律电场的高斯定理：静电场环流定律：磁场的高斯定理：安培环路定律：法拉第电磁感应定律：修正：电场环流定律静电场与涡旋电场静电场稳定场#二.位移电流问题：稳定场S是以L为周界的任一曲面。取以L为周界的两曲面S1,S2则或非稳场？对稳定场：非稳定场：闭面外法线为正，闭面中S2的法向与独立时相反。S1S2图8.11电容充电IL例如电容充放电时，参见图8.11矛盾！#假说：注意到电流断了，但电容两极电量+q，-q相等；电流变化的同时，q变，σ变，变。Maxwell提出：除传导电流外，还有位移电流，它与有关，而总的

2、电流密度称为全电流密度全电流安培环路定律或#推导：按假说显然或非稳场也适用则电荷守恒高斯定理或或讨论：只要，就有，所以位移电流可存在于导体、介质及真空中；由可得其中：是与电荷无关的纯粹位移电流，电场变化激发磁场是电极化强度的时间变化率，设分子电矩，分子数密度n,则电极化强度所以——极化时电荷的规则运动或——极化电流密度。#I0与ID比较：与自由电荷运动相当产生焦耳热存在导体、介质及真空中；只存在于导体中不产生焦耳热I0ID束缚电荷运动电场变化与相当真空中可以有光存在，可以有场存在。##真空中：因此变化电场激发磁场，右螺旋又变化磁场激发电场，左螺旋图8.12电磁场互激一

3、般地说：变化电场激发涡旋磁场,变化磁场激发涡旋电场,电场与磁场密切联系着。静电场与稳恒磁场只是电磁场在一定条件下的特殊形式。Onepagemore三.Maxwell方程组或各向同性均匀介质中这里【附注】：散度：div=divergence旋度：rot=rotation耐普拉算子：Maxwell方程组可写成：算符说明：##§2电磁波一.电磁波的产生与传播广义的电磁辐射包括无线电波、微波、红外线、可见光、X射线、γ射线等。对无线电波（kHz~MHz）而言，可用振荡电路产生电磁振荡：当电阻很小时在电路中作受迫振动，直流电源供电。频率足高：辐射功率∝，固有频率，电路开放（天线

4、）：参见图8.21。∴L、C必须足小。振荡偶极子模型：●●图8.93振荡电偶极子图8.93振荡磁偶极子(a)(b)(c)图8.21发射示意图设无限大均匀介质中传播中的电磁波(1)由和得返片13简化：为简单，再设E,B仅是y和t的函数，即或代入式(1)得沿Y方向讨论和(2)可见By，Ey为常量，不传播，可令Ey=By=0。不随空间变化不随时间变化横波片24片12取坐标：适当取坐标，使代入式(2)得故即则则(2)消元：由式(2)消去Bx，得令则同理，消去Ez，得沿Y方向传播的平面电磁波。(2)真空中的光速：实验测得则波速即预言：光是一种电磁波。经典电磁理论：电子跃迁而发光

5、。——真空中的光速特解：(3)将式(3)代入式(2)中并积分得则或(2)【讨论】：预言电磁波的存在，是横波；光是一种电磁波；同相；成右螺旋；O三.坡印廷(Poynting)矢量能量密度：能流密度：即或坡印廷矢量能流密度辐射强度I简例：如图所示,电容器充电过程四.电磁波的物质性客观存在是物质的基本属性之一；电磁波具有能量、动量、质量和动量矩等；光具有粒子性——光子，能量动量质量电磁波服从物质基本定律物质不灭定律能量守恒与转换定律质能关系动量守恒定律动量矩守恒定律电磁波独立存在，不依附电荷；与实物粒子可以互换正、负电子对两个光子与一般物质不同光子无静止质量；真空中光速不变

6、；电磁波具有空间共存性。电磁波是一种特殊的物质五.电磁波谱VHF,FMRFMW电子,核自旋UHF晶体IR分子振,转动热电偶UV内,外层电子光电管可见光外层电子人眼波谱微观源检测方法人工源电力交流发电机电子线路电子线路行波管磁控管速调管热物体,灯,电火花弧光,激光X-ray内层电子电离室X-射线管γ-ray原子核加速器盖革计数管无线电波谱名称波长频率主要用途分米波1m~10cm0.3~3Gc厘米波10cm~1cm3~30Gc毫米波1cm~0.1cm30~300Gc长波30000m~3000m10-100kc越洋长距离通讯和导航3000m~200m中波100~1500kc

7、无线电广播200m~50m中短波1.5~6Mc电报通讯50m~10m短波6~30Mc无线电广播，电报通讯10m~1m米波30~300Mc调频无线电广播，电视广播无线电导航微波电视，雷达，无线电导航及其它专门用途End返片13