电磁波及其传播(5)

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电磁波的传播电磁波的传播方向

範例１６類題
如圖所示為電磁波譜的一部分，則試選出具有較大波長的區域為何？
(A) A (B) B (C) C (D) D。
答 (A) 解紅光波長較紫光長，A 區又較紅光波長更長。
請閱讀下列短文後，回答 1.、2. 題人們對宇宙的探索，主要是靠觀察星光。因為真空中的光速是每秒三十萬公里，我們所觀察到的其實都是在稍早時間的天體的形象。除了光波外，來自外太空的輻射線還包括紫外線，以及由高速的帶電粒子所組成的宇宙射線等。對於較接近我們的太陽系中的星體，科學家們也曾發射一些偵測器，以作更近距離的觀察。例如，美國航太總署發射的精神號探測車，在 2004 年初降落於火星的古稀伯（Gusev）隕石坑。這個隕石坑直徑約 200 公里；而地理上常見的隕石坑直徑則約為 20 公尺到 1 公里。火星是太陽系中的行星，其表面的大氣壓力及重力加速度大約分別是地球對應值的 0.006 和 0.4 倍。精神號的裝備類似於地質探勘機器人，主要是利用立體攝影機和紅外線攝影機拍攝火星的地形影像，再以無線電波傳回地球。
(A)無線電波 (B)微波 (E) β射線。
(C) X 射線 (D) α射線
範例１６解答
答 (C) 解 (A)無線電波波長較紅外線長。 (B)微波波長較紅外線長。 (C) X 射線波長較紫外線短、較γ射線長。 (D)α射線的本質不是電磁波，而是氦原子核。 (E)β射線的本質不是電磁波，而是電子。
電磁波的傳播
電磁波的傳播方向，同時與電場、磁場方向垂直。
電磁波的發現
1. 馬克士威算出電磁波在真空中的傳播速率為 3× 108 公尺／秒，即為光在真空中傳播的速率，因而可推論光波是一種電磁波。 2. 赫茲於 1888 年在實驗室以簡單的電荷裝置發射出電磁波，證實了馬克士威的電磁理論。 3. 馬可尼於 1901 年成功的傳送無線電報，開啟無線通訊的時代。

电磁波的特性和传播方式

电磁波的特性和传播方式电磁波是由电场和磁场相互作用而产生的一种能量传播方式。

它在自然界中广泛存在，并在现代科技中发挥着重要的作用。

本文将介绍电磁波的特性以及它的传播方式。

一、电磁波的特性1. 频率电磁波的特性之一是频率，它指电磁波每秒钟震动的次数。

频率用赫兹（Hz）表示。

常见的电磁波包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线，它们的频率从低到高不等。

其中，无线电波的频率较低，γ射线的频率较高。

2. 波长电磁波的波长是指电磁波一个完整震动周期的长度。

波长用米（m）表示。

波长和频率有一个简单的数学关系，即波长 = 光速 / 频率，其中光速为300,000,000米/秒。

根据这个关系，频率越高，波长越短；频率越低，波长越长。

3. 能量电磁波具有能量，能量的大小与电磁波的强度有关。

电磁波的能量密度可以通过功率来表示，单位为瓦特/平方米。

功率越大，能量密度越高。

同时，随着距离光源的增加，电磁波的强度将减弱。

二、电磁波的传播方式1. 真空传播在真空中，电磁波可以自由传播。

由于电磁波不需要介质进行传递，因此在太空中无需空气、水或其他物质的存在，就能够传播。

这也是无线电波、微波、X射线和γ射线等电磁波能够在太空中传播的原因。

2. 介质传播大部分情况下，电磁波的传播都需要介质的存在。

介质可以是任何物质，包括空气、水、岩石等。

电磁波在介质中传递的速度会发生变化，这取决于介质的性质。

在不同的介质中，电磁波的传播速度会有所差异。

3. 反射和折射当电磁波遇到边界时，会发生反射和折射现象。

反射是指电磁波在遇到边界时被反弹回原来的介质。

折射是指电磁波穿过边界时改变方向。

这些现象在日常生活中有着广泛的应用，比如镜子中的反射和棱镜中的折射。

4. 散射散射是指电磁波在碰到较小的物体或不规则的表面时改变传播方向。

散射现象使得光在大气中传播时，空气中的微粒会散射光线，形成天空的蓝色。

5. 多径传播多径传播是指电磁波在传播过程中，由于经过多条不同路径的干涉和衍射效应产生多个传播路径。

电磁波电磁场的传播特性

电磁波电磁场的传播特性电磁波是一种同时具有电场和磁场的波动现象，其传播特性是物理学研究的重要内容之一。

了解电磁波电磁场的传播特性能够帮助我们更好地理解电磁波的本质和应用。

一、电磁波的基本概念电磁波是电磁场的一种表现形式，由电场和磁场相互作用而产生。

根据电场和磁场的变化情况，电磁波可分为不同的频率段，例如射频、微波、红外线、可见光、紫外线等。

二、电磁波传播的基本特性1.无需介质传播：电磁波可以在真空中传播，不需要依靠任何物质介质。

这是电磁波与机械波的明显区别之一。

2.速度恒定不变：电磁波在真空中的传播速度是恒定不变的，即光速，约为3×10^8米/秒。

这也是自然界中任何物质不可超越的极限速度。

3.波长与频率的关系：电磁波的波长(λ)与频率(f)之间存在反比关系，即λ = c/f，其中c为光速。

波长越短，频率越高，能量越大。

4.电磁波的干涉和衍射：电磁波具有干涉和衍射现象，可以在适当的条件下出现波动性的表现，与粒子性的行为相结合，这也是光的粒子-波动二象性的重要体现。

5.电磁波的辐射和吸收：电磁波可以辐射到周围的空间中，也可以被物体所吸收。

当电磁波与物体相互作用时，会发生能量的传递和转化。

三、电磁波传播的应用电磁波传播的特性使得其在各个领域中得到广泛应用。

1.通信技术：电磁波的快速传播速度和远距离传输能力使得它成为无线通信的重要手段。

如无线电、微波通信、卫星通信等。

2.光学技术：可见光是一种特定频率范围的电磁波，光学技术的发展利用了光的传播特性，如光纤通信、激光技术等。

3.遥感技术：通过对电磁波的辐射和吸收特性的研究，可以实现对地球表面的遥感观测，获取大量的地理、气象等信息。

4.医学诊断：X射线、核磁共振等医学影像技术利用了电磁波在物质中的吸收和散射特性，用来检测和诊断人体内部结构和病变。

5.能源利用：太阳能利用了太阳光的电磁波能量，将其转化为电能、热能等其他形式的能源。

综上所述，电磁波电磁场的传播特性是电磁学的重要内容之一，通过对电磁波传播特性的研究，我们可以更深入地了解电磁波的本质，并将其应用于通信、光学、医学、能源等各个领域，推动科学技术的发展和人类社会的进步。

电磁波及其传播

生活的小窍门
• 关闭其它灯,用一支3～6W的日光灯靠近微波炉,如果灯发光,说明微波炉发生电磁泄漏. • 用收音机同样可以来检验电磁泄漏.
பைடு நூலகம்
• 电磁波能在真空中传播吗?
了解电磁波
了解电磁波阅读P66课本内容（什么是电磁波？）活动：17.2 验证电磁波的存在V
试计算，中央一套广播波长为5.71米，频率为52.5兆赫，其电磁波的传播速度？
电磁波的速度与光速相同
探究电磁波的特性
• 声音的传播需要介质，那电磁波的传播需要介质吗？实验 • 为什么有时候手机的信号不好呢?
电磁屏蔽
电磁波能在真空中传播（电磁波传播不需要介质）金属容器能屏蔽电磁波想一想：在建筑物或电梯中，手机有时会收不到信号或信号较弱，原因可能是什么？阅读：P69“电磁波谱”
小结：电磁波谱
阅读：“生活物理社会”
电磁波的危害
尽管电磁波为人类造福，但也给人类带来某些害处，它会干扰人体生理节律，破坏免疫机能，引起头疼、失眠等症状，常被人们称为“无形杀手”。1995年4月，美国一架飞机在航行中，由于机上有人使用手机，使机上的电子设备全部失灵，飞机偏离了航线。所以，电磁污染对人类生存环境的干扰已成为环境科学中的新课题。
你已经认识的波--------
什么是波（看一看：波的特征） III II 4
水和绳子传播的是凹凸相间的运动状态，弹簧传播的是疏密相间的运动状态——周期性变化所有的波都是传播周期性变化的运动状态
波峰平衡位置源波
波谷
振幅 A：波源偏离平衡位置的最大距离（单位：m）波长λ：波在一个周期内传播的距离（单位：m) 周期 T：波源振动一次所需要的时间（单位：s）频率 f：波源每秒振动的次数 2 （单位：Hz）想一想：周期和频率的关系是什么？ 3 周期T和频率f互为倒数关系，即f=1/T

电磁波传播模式及概念

电磁波传播模式及概念
电磁波传播是指电磁场在空间中的传递过程。

电磁波是由电场和磁场交替变化的波动组成，其传播方式主要有以下几种：
1、空间传播：电磁波在自由空间（无介质）中传播，如无线通信、雷达、光通信等应用中的电磁波传播。

2、导播传播：电磁波在特定介质中传播，如光纤通信中的光波、无线电波在空气、水等介质中的传播。

3、折射：电磁波从一种介质进入另一种介质时，由于介质密度、电导率等特性不同，传播速度发生变化，导致传播方向改变。

4、反射：电磁波遇到物体表面时，部分能量被反射，形成反射波。

如雷达探测、无线通信中的信号反射等。

5、衍射：电磁波遇到障碍物或通过狭缝时，波前发生弯曲，形成衍射现象。

衍射分为菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射两类。

6、干涉：当两个或多个电磁波在同一空间叠加时，根据波的相位差产生干涉现象，表现为亮暗相间的干涉条纹。

电磁波的概念：
电磁波是由电场和磁场交替变化的波动组成，二者互相垂直。

在任何介质中，电磁波的传播速度都与该介质的性质有关。

在真空中，电磁波的传播速度等于光速（约为3×10^8 米/秒）。

根据波长的不同，电磁波可分为无线电波、微波、红外光、可见光、紫外光、X射线、γ射线等。

我们日常生活中遇到的无线通信、广播电视、光通信等均依
赖于电磁波的传播。

电磁波传播过程中可能受到环境、介质、设备等因素的影响，如衰减、反射、折射等。

为了实现高效、稳定的电磁波传播，科学家和工程师们进行了大量研究和实践。

5 电磁波在导电媒质中的传播解读

令
i

，称之为复介电常数，则上式写成：
k 2 2
由于k’是复数，则可以分解成实数部分和虚数部分，即： k
a ib
其中a, b为实数，代入上式，可以得到：
i t ax ibx E ( x , t ) E0 e bx i t ax E ( x , t ) E0 e e
则得到：
E B t
2
将麦克斯韦方程组的第一式代入上式中，得： 2 E E 2 E 2 t t 2 E E 2 E 2 0 t t 用同样的方法可得到：因为：
2
2 令 k 2 i
2
k n
，称为复波数，则上面两式可以写成：

2 2 E ( r ) k E ( r ) 0 2 2 B(r ) k B(r ) 0
非导电媒质（7.7-2）
此为导电媒质中电磁场满足的赫姆霍兹方程。
（7.7-1）
上式也称为波动方程，只是多了一个与时间一次导数有关的项，这一项与导电媒质的电导率有关，即为一消耗项，表示电磁波在导电媒质中传播时是衰减的。
2、单色电磁波的波动方程
i t E ( r , t ) E ( r )e it 设： B ( r , t ) B ( r )e
2 B B 2 B 2 0 t t
1

E 1 2 E 2 t B 1 2 B 2 t E 0 2 t 2B 0 t 2
2
所以上式可以写成：
7.7 电磁波在导电媒质中的传播

电磁波传播原理

电磁波传播原理电磁波是一种能够在真空中传播的波动现象，它在无线通信、无线电广播、雷达系统等领域发挥着重要的作用。

本文将介绍电磁波的传播原理，包括电磁波的定义与特性、电磁波的传播方式及其影响因素。

1. 电磁波的定义与特性电磁波是由电场和磁场相互耦合而成的波动现象。

电场和磁场通过Maxwell方程组相互关联，形成电磁波的传播。

电磁波具有以下特性：1.1 频率与波长电磁波的频率表示波动的周期性，单位为赫兹（Hz），波长表示波动的空间周期，单位为米（m）。

两者之间的关系为 c = λf，其中，c表示光速。

1.2 能量与强度电磁波携带能量，其能量与强度与电磁场的振幅相关。

强度衡量了电磁波的能量传递速率，单位通常为瓦特/平方米（W/m²）。

1.3 极化与方向电磁波的振动方向决定了其极化状态。

如果电磁波的电场振动方向固定不变，则为线偏振；如果电场振动方向在垂直平面上变化，则为圆偏振或椭圆偏振。

2. 电磁波的传播方式电磁波在空间中以波动的方式传播，主要包括直线传播、绕射传播和反射传播三种方式。

2.1 直线传播当电磁波沿着一条直线传播时，会保持波动的形态不变。

这种传播方式主要适用于开放的空间环境，例如无线通信中的室外传播。

2.2 绕射传播当电磁波遇到一个障碍物时，会发生绕射现象，即波动从一个区域穿过障碍物后继续传播。

绕射传播常见于射频通信中的建筑物、山脉等障碍物环境中。

2.3 反射传播电磁波在遇到介质边界时会发生反射现象，即波动从边界反射回来。

反射传播常见于无线电广播中的地面反射和室内环境中的多次反射。

3. 影响电磁波传播的因素电磁波的传播受到多种因素的影响，包括频率、波长、功率、环境和障碍物等。

3.1 频率与波长频率和波长决定了电磁波在空间中的传播特性。

高频率的电磁波会更容易受到阻碍，传播距离相对较短；低频率的电磁波可以穿透障碍物，传播距离相对较远。

3.2 功率与衰减电磁波的功率越大，传输距离越远。

然而，电磁波在传播过程中会受到衰减，衰减程度取决于介质的特性。

电磁波的传播和频率电磁波的速度和频率的关系

电磁波的传播和频率电磁波的速度和频率的关系电磁波是一种波动现象，它是由电场和磁场相互作用而产生的。

电磁波的传播和频率对于了解电磁波的特性和应用具有重要意义。

本文将探讨电磁波的传播方式以及电磁波的速度与频率之间的关系。

一、电磁波的传播方式电磁波是在真空和介质中传播的，它可以在无线电、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等不同的频率范围内存在。

根据电磁波的传播方式，可以分为辐射和传导两种类型。

辐射是指电磁波通过空间传播，无需介质支持。

例如，无线电和微波是通过辐射的方式传播的。

辐射传播的特点是传输距离远，传输损耗小。

传导是指电磁波在导电体或介质中传播。

电磁波在导体中传播时，会激发导体内的自由电荷来传输能量。

传导传播的特点是传输距离相对较短，传输损耗较大。

二、电磁波的速度和频率的关系电磁波的速度和频率之间存在一定的关系，这个关系由光速公式给出。

光速公式表达了电磁波的速度、频率和波长之间的关系，可用以下公式表示：v = λf其中，v代表电磁波的速度，λ代表波长，f代表频率。

从这个公式可以看出，电磁波的速度与其频率和波长有关。

根据光速公式，我们可以得出以下结论：1. 当频率增加时，波长减小，电磁波的速度保持不变。

2. 当频率减小时，波长增大，电磁波的速度保持不变。

这表明，电磁波的速度与频率和波长无直接关系，它们之间的变化是相互对应的。

三、频率对电磁波的特性和应用的影响频率是电磁波的一个重要参数，它决定了电磁波的特性和应用。

不同频率的电磁波在自然界和技术应用中具有不同的特点和应用范围。

1. 低频电磁波：低频电磁波包括无线电波和微波，它们的频率较低，波长较长。

这种电磁波能够穿透大气和物体，具有较好的穿透能力和传输距离远的特点。

因此，低频电磁波广泛应用于通信、广播、雷达等领域。

2. 高频电磁波：高频电磁波包括红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线，它们的频率较高，波长较短。

这类电磁波具有更强的能量和更短的波长，能够更好地与物质发生相互作用。

电磁场与电磁波(第4版)第5章均匀平面波在无界空间中的传播

电磁场与电磁波第5章均匀平面波在无界空间中的传播1C.Y.W@SDUWH2010电磁场与电磁波第5章均匀平面波在无界空间中的传播2均匀平面波的概念波阵面：空间相位相同的点构成的曲面，即等相位面平面波：等相位面为无限大平面的电磁波均匀平面波：电磁波的场矢量只沿着它的传播方向变化，等相位面上电场和磁场的方向、振幅都保持不变的平面波。

均匀平面波是电磁波的一种理想情况，其特性及分析方法简单，但又表征了电磁波的重要特性。

实际应用中的各种复杂形式的电磁波可看成是由许多均匀平面波叠加的结果。

另外，在距离波源足够远的地方，呈球面的波阵面上的一小部分也可以近似看作均匀平面波。

C.Y.W@SDUWH 2010波阵面xE波传播方向o yzH均匀平面波电磁场与电磁波第5章均匀平面波在无界空间中的传播3本章内容5.1 理想介质中的均匀平面波 5.2 电磁波的极化 5.3 均匀平面波在导电媒质中的传播 5.4 色散与群速 5.5 均匀平面波在各向异性媒质中的传播C.Y.W@SDUWH2010电磁场与电磁波第5章均匀平面波在无界空间中的传播45.1 理想介质中的均匀平面波5.1.1 理想介质中的均匀平面波函数 5.1.2 理想介质中的均匀平面波的传播特点 5.1.3 沿任意方向传播的均匀平面波C.Y.W@SDUWH2010电磁场与电磁波第5章均匀平面波在无界空间中的传播55.1.1 理想介质中的均匀平面波函数设在无限大的无源空间中，充满线性、各向同性的均匀理想介质。

均匀平面波沿 z 方向传播，则电场强度和磁场强度都不是 x 和 y 的函数，即∂E ∂E ∂H ∂H = =0, = =0 ∂x ∂y ∂x ∂yd2E d2H + k 2E = 0 , + k 2H = 0 dz 2 dz 2∂Ez =0 ∂zHz = 0∂Ex ∂E y ∂Ez + + =0 由于 ∇ ⋅ E = ∂x ∂y ∂zEz = 0∂ 2 Ez + k 2 Ez = 0 ∂z 2同理 ∇ ⋅ H =∂H x ∂H z + + =0 ∂x ∂y ∂z∂H y结论：均匀平面波的电场强度和磁场强度都垂直于波的传播方向 —— 横电磁波（TEM波）C.Y.W@SDUWH 2010电磁场与电磁波第5章均匀平面波在无界空间中的传播6在直角坐标系中：∇ 2 F = ex∇ 2 Fx + ey ∇ 2 Fy + ez ∇ 2 Fz 即 (∇2 F )i = ∇ 2 Fi(i = x, y, z )2 2教材第28页式(1.7.5)2 2 如：(∇ F )φ ≠ ∇ Fφ注意：对于非直角分量， (∇2 F )i ≠ ∇2 Fi 由电场强度满足波动方程 ∇ E + k E = 0ex ∇ 2 Ex + ey ∇ 2 E y + ez ∇ 2 Ez + k 2 (ex Ex + ey E y + ez Ez ) = 0 即⎧∇ 2 Ex + k 2 Ex = 0 ⎪ 2 2 ⎨∇ E y + k E y = 0 ⎪ 2 ∇ Ez + k 2 Ez = 0 ⎩⎧ ∂ 2 Ex ∂ 2 Ex ∂ 2 Ex + + 2 + k 2 Ex = 0 ⎪ 2 2 ∂y ∂z ⎪ ∂x ⎪ ∂2 Ey ∂2 Ey ∂2 Ey ⎪ + + + k 2 Ey = 0 ⎨ 2 2 2 ∂y ∂z ⎪ ∂x ⎪ ∂2 E ∂2 E ∂2 E z + 2 z + k 2 Ez = 0 ⎪ 2z + ∂x ∂y 2 ∂z ⎪ ⎩2010C.Y.W@SDUWH电磁场与电磁波第5章均匀平面波在无界空间中的传播7对于沿 z 方向传播的均匀平面波，电场强度 E 和磁场强度 H 的分量 Ex 、Ey 和 H x 、H y 满足标量亥姆霍兹方程，即d 2 Ex + k 2 Ex = 0 dz 2 d2Ey + k 2Ey = 0 dz 2 2 d Hx + k 2H x = 0 dz 2 d2H y + k 2H y = 0 dz 2以上四个方程都是二阶常微分方程，它们具有相同的形式，因而它们的解的形式也相同。

电磁场与电磁波(第4版)第5章部分习题参考解答-电磁场与电磁波第五章

5.1 在自由空间中，已知电场3(,)10sin() V/m y E z t e t z ωβ=−G G，试求磁场强度。

(,)H z t G解：以余弦为基准，重新写出已知的电场表示式3π(,)10cos( V/m 2y E z t e t z ωβ=−−G G这是一个沿方向传播的均匀平面波的电场，其初相角为z +90−D 。

与之相伴的磁场为300311π(,)(,)10cos(210πcos() 2.65sin() A/m120π2z z y x x H z t e E z t e e t z e t z e t z ωβηηωβωβ=×=×−−=−−−=−−G G G G G G G5.2 理想介质（参数为0μμ=、r 0εεε=、0σ=）中有一均匀平面波沿x 方向传播，已知其电场瞬时值表达式为9(,)377cos(105) V/m y E x t e t x =−G G试求：(1) 该理想介质的相对介电常数；(2) 与(,)E x t G相伴的磁场；(3) 该平面波的平均功率密度。

(,)H x t G 解：(1) 理想介质中的均匀平面波的电场E G应满足波动方程2220EE tμε∂∇−=∂G G据此即可求出欲使给定的E G满足方程所需的媒质参数。

方程中222929425cos(105)y y y y y E E e E e e t x x∂∇=∇==−−∂G G G G 221892237710cos(105)y y y E E e e t t x∂∂==−×−∂∂G G G x = 故得91899425cos(105)[37710cos(105)]0t x t x με−−+×−即18189425251037710με−==×× 故181882r 0025102510(310) 2.25εμε−−×==×××=其实，观察题目给定的电场表达式，可知它表征一个沿x +方向传播的均匀平面波，其相速为98p 10210 m/s 5v k ω===× 而8p 310v ====×故2r 3() 2.252ε==(2) 与电场相伴的磁场E G H G 可由0j E ωμ∇×=−H G G求得。

电磁波的传播与特性

电磁波的传播与特性电磁波是指电场和磁场以垂直于彼此方向交替振荡并向外传播的波动现象。

它们在自然界中无处不在，对于我们的日常生活和现代科技产业都起着至关重要的作用。

本文将讨论电磁波的传播机制和特性。

一、电磁波的传播机制电磁波的传播是通过电场和磁场相互作用而实现的。

在真空中，电磁波以光速传播，光速为常量，约为3×10^8 m/s。

这是因为电磁波传播的基本方程是麦克斯韦方程组，而这些方程组预测了电磁波的速度即等于真空中的光速。

二、电磁波的特性1. 频率和波长：电磁波的频率和波长是其最基本的特性。

频率指的是波动的次数，单位是赫兹（Hz）。

波长是指波动的空间周期，单位是米（m）。

频率和波长之间有关系：频率等于光速除以波长。

根据电磁波频率的不同，可以将电磁波分为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等不同区域。

2. 波动性：电磁波具有波动性，即它们在传播过程中表现出波动的特性，包括反射、折射、衍射和干涉等现象。

这些现象是波动理论的基础，也是电磁波在工程应用中的重要性质。

例如，通过改变电磁波的方向和控制其传播路径，我们可以实现无线电和光通信。

3. 无需媒质：与声波需要媒质传播不同，电磁波可以在真空中传播。

这是因为电磁波的传播本质上是通过电场和磁场的相互作用实现的，而不需要依赖于物质的介质。

这种特性使得电磁波在宇宙中的传播成为可能，并且使得无线电和卫星通信等应用得以实现。

4. 相速度和群速度：在介质中，电磁波的传播速度会因材料性质而有所不同。

相速度指的是电磁波峰值传播时的速度，而群速度是电磁波包络传播时的速度。

在介质中，电磁波的相速度一般小于真空中的光速，而群速度则取决于介质的色散特性。

5. 能量传递：电磁波可以携带能量，并且能够在空间中传递能量。

电磁波的能量密度正比于电场和磁场的平方，并且与传播速度无关。

这种能量传递特性使得电磁波被广泛应用于能量传输、能量检测和能量转换等领域。

总结：电磁波的传播与特性是一个复杂而广泛的领域，涵盖了电磁学、光学、通信工程和电磁辐射防护等方面的知识。

电磁波的传播方式

电磁波的传播方式
（1）地波（地表面波）传播。

沿大地与空气的分界面传播的电波叫地表面波，简称地波。

其传播途径主要取决于地面的电特性。

地波在传播过程中，由于能量逐渐被大地吸收，很快减弱（波长越短，减弱越快），因而传播距离不远。

但地波不受气候影响，可靠性高。

超长波、长波、中波无线电信号，都是利用地波传播的。

短波近距离通信也利用地波传播。

（2）直射波传播。

直射波又称为空间波，是由发射点从空间直线传播到接收点的无线电波。

直射波传播距离一般限于视距范围。

在传播过程中，它的强度衰减较慢，超短波和微波通信就是利用直射波传播的。

（3）天波传播。

天波是由天线向高空辐射的电磁波遇到大气电离层折射后返回地面的无线电波。

电离层只对短波波段的电磁波产生反射作用，因此天波传播主要用于短波远距离通信。

（4）散射传播。

1
散射传播是由天线辐射出去的电磁波投射到低空大气层或电离层中不均匀介质时产生散射，其中一部分到达接收点。

散射传播距离远，但是效率低，不易操作，使用并不广泛。

2。

什么是电磁波电磁波的传播有哪些特点

什么是电磁波电磁波的传播有哪些特点电磁波是一种由电场和磁场相互作用形成的能量传播方式。

它是一种横波，能够在真空和介质中传播，以光速的速度向各个方向传播。

本文将从不同角度探讨电磁波的特点以及其传播方式。

一、电磁波的特点1. 电磁波的波长和频率：电磁波的波长和频率是其最基本的特点之一。

波长指的是波的相邻两个正向峰值之间的距离，通常用λ表示，单位是米(m)；频率指的是单位时间内波的峰值个数，通常用ν表示，单位是赫兹(Hz)。

波长和频率之间有一个简单的关系，即波速等于波长乘以频率，即v = λ × ν。

2. 电磁波的能量传播：电磁波是通过电场和磁场的相互作用传播能量的。

当电磁波传播时，电场和磁场会相互转换，且垂直于传播方向。

电磁波的能量传播是量子化的，即能量以量子的形式从一个区域传播到另一个区域。

3. 电磁波的频谱范围：电磁波的频谱范围非常广泛，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。

不同频段的电磁波在技术应用上有不同的用途，例如无线通信、医学影像等。

4. 电磁波的传播速度：电磁波在真空中传播的速度是恒定的，即光速。

根据爱因斯坦的相对论，光速在任何惯性参考系中都是相同的，约为3.00 × 10^8米/秒。

这也意味着电磁波的传播速度是有限的，不同频率的电磁波在传播过程中会有微小的时间差。

二、电磁波的传播方式1. 光的直线传播：电磁波在空气或真空中的传播呈直线传播。

当光线穿过一个均匀介质的边界时，会发生折射现象，即改变传播方向，这是由于介质的折射率不同所致。

光的直线传播是光学成像和望远等现象的基础。

2. 电磁波的反射和折射：当电磁波遇到表面时，一部分波会被反射回来，形成反射波；另一部分波会穿过表面进入新的介质，并发生折射现象。

这种反射和折射的现象是电磁波与物质相互作用的基础，也是光学、电磁波导等领域的重要原理。

3. 电磁波的干涉和衍射：当电磁波经过一个小孔或细缝时，会出现干涉和衍射现象。

电磁波传播规律

电磁波传播规律电磁波是由电场和磁场相互作用产生的一种能量传播形式，广泛应用于通信、雷达、无线电、微波炉等领域。

了解电磁波的传播规律对于我们理解其应用以及防护措施至关重要。

本文将介绍电磁波的传播规律，包括传播速度、传播模式以及传播路径。

首先，电磁波的传播速度是一个重要的特性。

根据麦克斯韦方程组的推导，电磁波的传播速度等于真空中的光速（约为3×10^8米/秒），也被称为光速。

这意味着电磁波在真空中传播时的速度是一个恒定的值，与其频率和波长无关。

其次，电磁波可以以不同的模式进行传播。

最常见的模式是平面波和球面波。

平面波是沿着一个方向传播的电磁波，可以看作是无限大的扩展面内的波动。

在这种模式下，电磁波的波前是平行且垂直于传播方向的，并在空间中形成一系列平行的等相位面。

球面波则是从一个点源开始传播的电磁波，波前呈球面状向外扩散。

这种模式常见于天线辐射和声纳等应用中。

此外，电磁波的传播路径也受到一些因素的影响。

首先是传播介质的特性。

电磁波在空气中的传播速度是最快的，而在其他材料中（如介质常数大于1的物质）会比真空中传播的速度慢。

这取决于物质的折射率，它表示了电磁波在介质中传播时的相对速度。

其次，地球曲率也会影响电磁波的传播路径。

当电磁波超过地球的曲率时，它会绕过地球并产生地球的“阴影区域”。

这在通信领域中需要注意，以确保信号覆盖范围足够广。

除了传播路径，电磁波还会受到衰减和散射等因素的影响。

衰减是电磁波能量随着传播距离的增加而减弱的现象。

这是由于电磁波在传播过程中与空气、材料等物质发生相互作用而导致的。

电磁波的衰减与频率有关，通常高频率的电磁波衰减较快。

另一个现象是散射，即电磁波与材料或物体表面碰撞后改变传播方向。

散射可以使电磁波在障碍物周围形成阴影区域，并在不同方向上接收到不同强度的信号。

对于人类健康和安全的考虑，电磁波的辐射防护也是非常重要的。

选择适当的防护措施需要了解电磁波的传播规律和辐射特性。

电动力学电磁场与电磁波课件第5章均匀平面波在无界空间中的传播

ε μ
A1e
jkz
eˆy
ε μ
Ex
z
定义介质的波阻抗
磁场的瞬时值表达？
μ Ω
ε
1/ 称为特征光导纳
因和媒质参数有关，故又称媒质的本征阻抗或特性阻抗。
特别地，真空中的波阻抗
对于非铁磁材料
则
H
0
0 120 0
eˆz
eˆx
1 η
Ex
z
= 0/n
377Ω
H
1 η
eˆz
E
H
1 η
eˆz
k
传播方向等相面
z
Ez,t eˆxEmcost kz
E
z,t
Eme
j t kr
Em 是复振幅矢量
该式可以推广到任意传播方向k：
E r,t
Eme
j t kr
因此，对时谐场 -j k
相应的磁场矢量：
H
r,t
1 η
eˆn
E
1 η
eˆn
Eme
j
ωt
k r
例：已知无界理想媒质( =90, =0， =0)
3e
j
kz 3
eˆx
3
40
ej
kz 3
eˆy
1
10
e
jkz
eˆz
5
16
W
/
m2
Pav
S
Sav
dS
5 16π
W
课堂练习：频率为9.4GHz的均匀平面波在
聚乙烯中传播，设材料无损耗，相对介电常数r=2.26，磁场
的振幅7 mA/m，求相速、波长、波阻抗和电场强度的振幅。
解：

电磁波的产生和传播规律

电磁波的产生和传播规律电磁波是由电场和磁场交替变化而产生的一种能量传播现象。

它们以光速在真空或介质中传播，对人类的通信、生活和科学研究有着重要的意义。

本文将探讨电磁波的产生和传播规律，以便更好地理解这一现象。

一、产生环境与机制电磁波可以在多种环境中产生，最常见的就是电磁场中的运动电荷。

当电荷受到外界扰动或变化时，就会产生电场和磁场的变化，进而形成电磁波。

例如，当我们使用手机进行通话时，手机中的天线将电场和磁场变化转化为电磁波，从而传播到接收端。

在电磁波的产生机制中，振荡和加速运动是两个重要的因素。

当电荷进行周期性的振动运动时，会引起电场和磁场的周期性变化，从而产生一种频率和波长确定的电磁波。

而当电荷加速运动时，由于电流的存在，同样会产生电磁波。

这就是为什么无线电台产生电磁波的原因，电子在天线上进行快速加速运动，从而激发电磁波的辐射。

二、电磁波的传播规律电磁波的传播主要遵循麦克斯韦方程组和光学定律。

根据麦克斯韦方程组，电磁波遵循安培定律和法拉第电磁感应定律。

电场和磁场的变化源自于彼此之间的相互作用，它们的变化通过电磁波的形式传播。

电磁波在真空中传播的速度是恒定不变的，即光速。

根据光学定律，光速在各种介质中传播时会相应降低，这称为光的折射现象。

当电磁波从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射和反射，这就产生了光的看到和色散现象。

电磁波除了在真空和介质中传播外，还可以发生衍射和干涉现象。

衍射是指电磁波在遇到障碍物或缝隙时发生弯曲和扩散。

干涉是指电磁波在遇到两个或多个波源时发生加强或抵消的现象。

这两种现象是由电磁波的波动性质所决定的，它们在光的传播和成像中具有重要作用。

三、应用领域与前景电磁波的产生和传播规律不仅仅是一种理论知识，也是人类社会中的关键技术基础。

通过对电磁波的深入研究，我们可以更好地应用于通信、雷达、医学成像和遥感等领域。

在通信领域，电磁波是无线信号传输的基础。

通过对电磁波的调制、解调和编码，我们可以实现无线电话、移动互联网和卫星通信等应用。

电磁场与电磁波课件ppt(电子科技大学)第五章均匀平面波在无界媒质中的传播

电磁场与电磁波第5章均匀平面波在无界媒质中的传播
3
5.1 理想介质中的均匀平面波
5.1.1 一维波动方程的均匀平面波解 5.1.2 理想介质中均匀平面波的传播特点 5.1.3 沿任意方向传播的均匀平面波
电子科技大学编写
高等教育出版社出版
电磁场与电磁波第5章均匀平面波在无界媒质中的传播
4
5.1.1 一维波动方程的均匀平面波解设在无限大的无源空间中，充满线性、各向同性的均匀理想
H1y

0
0 120 377 0
同理，对于 E2 ex E2x ex A2e jkz
1
H2 (ez ) E2
结论：在理想介质中，均匀平面波的电场强度与磁场强度相
互垂直，且同相位。
电子科技大学编写
高等教育出版社出版
电磁场与电磁波第5章均匀平面波在无界媒质中的传播
解：以余弦为基准，直接写出
H

(z,t)

ey

1
3
E(z,t) 0H (z,t
cos(t z)
)

(ez
)

ex
40
A/m cos(t

z)
V/m
因 30 rad/m，故
2 2 0.21 m , f c 3108 45 108 1.43109 Hz
E(z,t) exEx ex104 cos(t kz )
2 f 2 108 rad/s
k
c
r r

2 108
3108
4 4 rad/m
3
对于余弦函数，当相角为零时达振幅值。考虑条件t = 0、z =1/8m

电磁场与电磁波_第五章

1 2
Re[ez
|
E
|2
1
|c
|
e j
]
ez
2
1
|c
|
|
E
|2
cos
总结
• 1. 电场E、磁场H与传播方向之间相互垂直，仍然是横电磁波(TEM)
• 2. 电场与磁场的振幅呈指数衰减 • 3. 波阻抗为复数，电场与磁场不同相位 • 4. 电磁波的相速与频率有关 • 5. 平均磁场能量密度大于平均电场能量密
•
亥姆霍兹的解为：
E
ex ex
exEx Exme( E x me z
ex Exme
j ) z
e jz
z
• 式中第一个式子 ez 表示电场的振幅随传播
距离 z而呈指数衰减，称为衰减常数，表
示每传播一个单位距离其振幅的衰减量;第二
个因子 e jz是相位因子，称为相位常数
•
瞬时值为：E
2ExmEym
Exm2
E
2 ym
cos
5.3 均匀平面波在导电媒质中的传播
• 在导电媒质中，由于电导率不为零，当电磁波在其中传播时，其中必然有传导电流，这将导致电磁能量的损耗。
• 5.3.1 导电媒质中的均匀平面波
• 在均匀导电媒质中，由
•得
H
J
jE
j(
j
)E
j cE
1
E
( H ) 0
• 可见，在弱导电媒质中，除了有一定的损耗所引起的衰减外，与理想介质中平面波的传播特性基本相同
5.3.3 良导体中的均匀平面波
• 良导体是指 1的媒质 • 传播常数为
j ( j ) j (1 j )