电磁场与电磁波++ppt课件

一般地说： 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。
D t
H
E
B t
图8.12 电磁场互激
#
D 0 D dS 0 dV B B E E dl t dS t 或 B 0 B dS 0 D D H j0 H dl ( j0 t ) dS t D r 0 E E E静 E涡 这里 各向同性均匀介质中 B r H 0 E0 E j0 E
(S )
j0 dS
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 j0 dS
( S1 ) ( S2 )
j0 dS
或
( S1 S 2 )

j0 dS 0 j0 dS 0
非稳场 ？
闭面外法线为正， 闭面中S2的法向 与独立时相反。
c
h 质量 m 2 c
6. 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 1. 光子无静止质量； 2. 真空中光速不变； 3. 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
( Hz) (m) hν ( J ) 波 谱
103 105 107 108 1013 1015 1016 1018 10 20 105 103 10 1030 电力 1028 RF 1026 VHF,FM 1025 UHF
当电阻很小时
q q0e
t
cos( 0t )
在电路中作受迫振动，直流电源供电。
1) 频率足高：
辐射功率∝ ∴ L、C 必须足小。
，固有频率 f 04
f
， 2 LC
1
2) 电路开放（天线）：参见图8.21。
(a) (b) 图8.21 发射示意图 ( c)
3) 振荡偶极子模型：
则 B E
B与E同相
或
H E
【讨论】：
1. 预言电磁波的存在，是横波； 2. 光是一种电磁波； 3. E , B 同相；
4. E , B,成右螺旋；
z
O
y
x
E B

三. 坡印廷(Poynting)矢量
1 2 1 能量密度： w we wm E H 2 2 2
代入式(1)得
0
不随空间变化
片 12
Bx E z y t B y 0 和 t E x Bz y t
E x Bz y t E y 0 t Bx E z y t
不随时间变化
(2)
片 24
可见 By，Ey 为常量，不传播，可令Ey = By = 0 。 横波
d 5. 法拉第电磁感应定律： dt B 修正：电场环流定律 E dl t dS ( L) (S )
( L)
H dl
(S )

j0 dS
稳定场
静电场与涡旋电场
二. 位移电流
1. 问题：稳定场
( L)
H dl

H S
四. 电磁波的物质性
1. 客观存在是物质的基本属性之一； 2. 电磁波具有能量、动量、质量和动量矩等； 3. 光具有粒子性 —— 光子， h 能量 h 动量 P
4. 电磁波服从物质基本定律 1) 物质不灭定律 2) 能量守恒与转换定律 4) 动量守恒定律 3) 质能关系 5) 动量矩守恒定律 5. 电磁波独立存在，不依附电荷；
则
(S )
jD dS j0 dS
(S )
非稳场也适用
电荷守恒
q j0 dS t (S )
q jD dS t (S )
D q t dS t (S )
q变
高斯定理
显然
(S )
3. 取坐标：
适当取坐标，使 E E z k
则
Ex E y 0
Bz 0 y
Bz 0 代入式(2)得 t
Bx (2) E z y t B y 0 t E x Bz y t
E x Bz y t E y 0 t Bx E z y t
全电流
安培环路定律 或
( L)
I I0 I D H dl ( j0 jD ) dS
( L)
H dl ( I 0 I D )
(S )
#
3. 推导：
(S )
按假说 j dS 0 或
(S )
( j0 jD ) dS 0
电子,核自旋 微观源 检测方法 人工源 交流发电机
电子线路 晶体
电子线路 行波管 速调管 磁控管
1
1010 10 2 1023 MW
分子振,转动 热电偶 10 5 1020 IR 107 1018 可见光 外层电子 人眼 内,外层电子 光电管 108 1017 UV 电离室 内层电子 1010 1015 X-ray 原子核 盖革计数管 1012 1013 γ-ray
●
●
图8.93 振荡电偶极子
图8.93 振荡磁偶极子
二．传播中的电磁波
1. 设无限大均匀介质中
r 0 , r 0 为常量， j00 , 0 0 。
D 0 B E t B 0 D H t
则 故 即
Bz B y 0 B Bx i
B与E互相垂直
4. 消元： 由式(2)消去 Bx ，得
2 Ez 2 Ez 2 y t 2 1 则
令
2 Ez 1 2 Ez 2 2 2 y t
同理，消去Ez ，得
Bx (2) E z y t B y 0 t E x Bz y t
P l nq , t t
—— 极化时电荷的规则运动 —— 极化电流密度。
或
P jP , jP nq t
#
3)
I0 与 ID 比较： I0 ID 与 束缚电荷运动 电场变化 相当
与自由电荷运动相当 产生焦耳热 只存在于导体中
不产生焦耳热
存在导体、介质及真空中；
真空中可以有光存在，可以有场存在。
i j k x y z
##
§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：
d 2q dq q L 2 R 0 dt C dt
D dS q
D jD t
或 或
D变
ΦD ID t
#
4. 讨论：
D 1) 只要 t 0 ，就有 jD 0 ， 所以
位移电流可存在于导体、介质及真空中； E P 2) 由 D 0 E P 可得 jD 0 t t E 电场变化 其中： 0 是与电荷无关的纯粹位移电流， t 激发磁场 P 是电极化强度的时间变化率， t 设分子电矩 p ql ，分子数密度 n , 则电极化强度 P nql 所以
沿Y 方向讨论
或
E y y
E x E x ( y, t ) E y E y ( y, t ) E E ( y, t ) z z
B y y 0
Bx Bx ( y , t ) B y B y ( y, t ) B B ( y, t ) z z
第八章
电磁场与电磁波
§1 Maxwell 电磁理论
一. 电磁场的基本规律 D dS 0 dV 1. 电场的高斯定理：
(S) (V) E dl 0
#
2. 静电场环流定律：
3. 磁场的高斯定理： 4. 安培环路定律：
静电场
( L)
(S)
B dS 0
S2 L S1 I
对稳定场：
q 非稳定场： j0 dS t (S )
(S )
矛盾 ！
图8.11 电容充电
例如电容充放电时，参见图8.11
#
2. 假说： 注意到 1) 电流断了，但电容两极电量 + q，- q 相等； 2) 电流变化的同时，q 变，σ 变， 变。 D Maxwell 提出： 除传导电流 j0 外，还有位移电流 jD，它与 D 有关， 而总的电流密度称为全电流密度 j j0 jD
三. Maxwell 方程组
H H稳 H D H0 H
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【附注】：
div D 0 B rotE t 1. Maxwell 方程组可写成： div B 0 D rotH j0 t 2. 算符说明： 散度：div = divergence 旋度： rot = rotation 耐普拉算子：
E x Bz y t E y 0 t Bx E z y t
2 Bx 1 2 Bx 2 2 y t 2
沿Y 方向传播的平面电磁波。
5. 真空中的光速：
实验测得
0 8.8542 1012 (C 2 N 1 m 2 ) 0 4 10
能流密度： S w


E H
S 1 2