第五篇电磁场与物质的相互作用

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第五篇电磁场与物质的相互作用

电动力学网络课程脚本第四篇狭义相对论一、学习目标和建议我们已经学习了电荷与电流如何激发电磁场的问题。

但是另一方面，场对带电粒子的作用，或者带电粒子与场之间的相互作用却很少讨论。

一般来讲，讨论这些问题不仅是在相对论基础上，而且应该在量子力学基础上，因为涉及带电粒子的问题通常都是高速运动的微观粒子。

在这一篇中，我们仅从经典电动力学的角度了解带电粒子与电磁场的相互作用，并且明确经典电动力学的局限性和适应范围。

二、学习任务任务一、了解带电粒子的势和电磁场；任务二、了解带电粒子和电磁场的相互作用；任务三、了解电磁场与介质的作用；任务四、了解经典电动力学的适用范围。

三、相关学习资源1、电动力学（第二版），郭硕鸿编，高等教育出版社。

这本教材对电磁场理论有比较系统的讲述和推导。

2、简明电动力学，俞允强编，北京大学出版社。

一如书名，该书简明扼要地介绍电磁场的理论，对抓住主要概念是有利的。

3、经典电动力学，美国，J。

D。

杰克逊，的确是一部经典教材，对经典电动力学的理论和问题研究有全面深入的介绍和讨论。

该书有中文版，不过有兴趣的同学建议读这个原文版。

4、电动力学习题解，林旋英，张之翔著，高等教育出版社。

学习电动力学，有一本题解是必要的参考书。

5、电动力学专业性很强，一般只在大学的相关网站上有比较有意义的资料。

/diandong/yusoft/homepage1.htm武汉大学物理科学与技术学院6．相对论-广义及狭义相对论(全译彩图精解本)，爱因斯坦，重庆出版社，2006。

11。

7．改变世界的方程，哈拉尔德·弗里奇，邢志忠江向东黄艳华译。

本书的主要内容是以虚拟的三人讨的形式来表述的，参与者括艾萨克·牛顿、阿尔伯特·爱因斯坦和一位虚构的名叫阿德里安·哈勒尔的理论物理学教授，他们代表了物理学发展的三个不同时代。

通过三人之间生动活泼的对话，读者可以切身领会相论的时空观，比如光速不变性原理、时间延缓和空间收缩。

电磁场的动量

t
t
( D)E (D )E 1 (E D) 2
(DE) 1 [I (E D)] 2
[DE 1 I (E D)] 2
同 ( B)H ( H ) B 理 [BH 1 I (B H )]
2
考虑均匀介质
(D B) t
(E D) E ( D) (E )D
面 dS的作用力。由此得辐射压力：P
n
T
电磁场入射到物体单位面积上的压力
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用量，G根m 据代牛表顿带第电二物定体律的有动
dGm dt
fdV
机动目录上页下页返回结束
2.电磁场的动量守恒定律
电磁场
全空间动量守恒要求 dGm d Ge
动量
dt
dt
若对有限区域V，考虑电磁场通过界面发生动量转移，则
单位时间流入界面的动量等于区域内总动量的变化率。
即单位时间流入V内的动量 dGm dGe
2
g DB
f
g T
①
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
t
fdV
d
gdV dS T ②
V
dt V
S
单位时间流出V的动量流
dGm dGe dS T
dt dt
S
Ge
g dV
V
动量密度
电磁场的动量流密度张量
即单位时间通过V 的界面上单位面积的动量。
机动目录上页下页返回结束
由此可知：①式表示动量守恒的微分形式；
D( E) (D )E
2[E ( E) (E )E]
2[D ( E) (D )E]
( E) D (D )E 1 (E D) 2

精品课件- 电磁场和物质的共振相互作用

式中F为作用在电子上的辐射反作用力。将上式在一个周期的时间间隔t2～t1内对时间积分:
式中
由于选取t2～t1是一个周期时间间隔,故等式右方为零。在一个周期内的平均值为零,可粗略地取
（4.2.6）考虑到作用在电子上的辐射反作用力,则电子运动方程(4.2.1)应改写为
（4.2.7）由于辐射反作用力比恢复力小得多,因而可以认为位移x仍可近似表示为式(4.2.2),这样
式中m为电子质量。
（4.2.1）
这个齐次二阶微分方程就是熟知的一维线性谐振子方程，它的解就是简单的无阻尼振荡：
式中ω。为谐振频率,并且
（4.2.2）（4.2.3）
根据电动力学原理,当运动电子具有加速度时,它将以如下的速率发射电磁波能量:
（4.2.4）式中V为电子运动的加速度。上式所表示的电子能量在单位时间内的损失也可以认为是辐射对电子的反作用力(或辐射阻力)在单位时间内所作的负功,即可表示为
4.2光和物质相互作用的经典理论简介在量子理论建立之前，人们曾用经典模型比较直观和简单地说明了有关光和物质原子相互作用的某些实验现象,这对于理解激光器的物理过程有一定帮助。经典理论所应用的一些概念和术语对于解半经典理论和量子理论也是有帮助的,因此我们首先在本节介绍经典理论的基本概念。
一，原子自发辐射的经典模型在量子力学建立之前;人们用经典力学描述原子内部电子的运动,其物理模型就是按简谐振动或阻尼振动规律运动的电偶极子,称为简谐振子。简谐振子模型认为,原子中的电子被与位移成正比的弹性恢复力束缚在某平衡位置x=0(原子中的正电中心)附近振动(假设一维运动情况),当电子偏离平衡位置而具有位移x时,就受到一个恢复力f=-kx的作用。假定没有其他力作用在电子上,则电子运动方程为

电场和磁场与物质的相互作用wd解读

r2 R2 I
Ir
Ir
H 2R2 B 2R 2
R
I
0
H
r
51
rR H2rI
H I B 0I
2 r
2 r
H
I R
r 0
B
H
I 2 R
I 2 R
0I 2 R
O
R
rO
R
r
在分界面上H 连续, B 不连续
52
3、铁磁质
铁磁质的特性
• 磁导率μ不是一个常量， (H)
• 它的值不仅决定于原线圈中的电流，还决定于
自由电荷极化电荷
SE•dS rq0 q
定义：电位移矢量
0E真空中
D 0rE E
0rE介质中
SD•dSq 自由电荷
29
介质中的高斯定理 D•dS q 自由电荷 S 通过任意闭合曲面的电位移通量，等于该闭合曲面所包围的自由电荷的代数和。
E 线
D 线
电位移线
方向:切线
D
大小: 电位移线条数
二、电介质中的电场
介质中的场 EE0 E 极化电荷的场自由电荷的场
无限大均匀 E E 0
电介质中
r
E
a
E0
( r 1)
充满电场空间的各向同性均匀电介质内部的场强大小等
于真空中场强的 1 r 倍，方向与真空中场强方向一致。
28
三、有电介质时的高斯定理
1
SE•dS0
qi
1
0
(qqi )
Idl r dB4 r3
LBdl I L
定义磁场强度
B H
单位：安培/米(A/m)
LHdl I L
——磁介质中的安培环路定理

第五章磁场与物质的相互作用

第五章磁场与物质的相互作用§ 5.1 磁介质及磁化§5.2 介质中磁场的定理§5.3 磁性材料§5.4 磁场测量§5.1 磁介质及磁化一、磁介质磁体具有吸引铁磁性物质的能力，并把这种能力定义为磁性。

1）不仅磁体具有磁性，而且被吸引着的铁磁性物质也具有磁性。

处于磁场中的其它物质都或多或少具有磁性，只是在多数情况下远不如铁磁性物质的磁性那样强。

2）使物质具有磁性的物理过程叫做磁化，而一切能够磁化的物质叫做磁介质。

分子电流：每个分子都有一个等效的小分子环形电流。

分子磁矩：分子环形电流的磁矩。

大多数原子或分子的合磁矩为零。

有一部分原子或分子的电子合磁矩不为零，因而这种原子或分子就具有固有磁矩。

二、磁化及经典解释磁介质在外场中被磁化会出现磁化电流（等效的宏观电流，不伴随带电粒子的宏观位移），磁化电流也会产生磁场，即磁介质被磁化后会反过来影响磁场的分布。

三、磁化强度根据安培分子电流假说，已磁化物质的磁性来源于物质内部有规则排列的分子电流，即分子磁矩。

定义磁化强度：Vμ∑=∆分子M ΔV 宏观上无限小区域，微观足够大非磁化状态（M =0）：1）分子固有磁矩为零；2）分子有固有磁矩，但取向随机，分子磁矩和为零。

磁化后：均匀磁化：非均匀磁化：0iμ≠∑0iM Vμ=≠∆∑0=∂∂=∂∂=∂∂zMy M x M ),,(z y x M M=处处相等M分子平均磁矩：（I a 磁介质分子平均电流，S a 磁介质分子电流所围的面积）iaa aI S n Vμμ==∆∑S aμaI aia aM nI S Vμ==∆∑磁化强度定义为单位体积内的各分子磁矩之和：三、磁化电流与磁化电流的磁场1. 磁化强度的环量只有从S 内穿过并在S 外闭合的分子电流才对ΣIˊ有贡献；其它分子电流，或者来回穿过S ，或者根本不与S 相交，对ΣIˊ的净贡献为零。

分子磁矩都取平均磁矩，取磁介质中任一闭合有向回路L 和以它为周线的有向曲面S （方向满足右手定则），通过S 的总磁化电流设为ΣIˊ。

磁场与物质相互作用及其应用研究

磁场与物质相互作用及其应用研究磁场与物质相互作用是一个非常重要的物理学领域，涉及到很多方面的研究和应用。

它的研究可以帮助我们更好地理解和掌握磁场的基本理论和特性，同时也可以为相关技术和领域的发展提供强有力的支持和指导。

在本文中，我们将着重讨论磁场与物质相互作用这一领域的一些基本概念、重要应用以及未来发展方向等方面的内容。

一、磁场与物质相互作用的基本概念在物理学中，磁场指的是由电荷运动产生的一种力场，在磁场的作用下，带电粒子会受到一定的力的作用。

而物质指的是构成一切物体的基本单位，包括原子、分子、离子等。

而磁场与物质相互作用则指的是在磁场的作用下，物质会发生一些特殊的现象和反应，如磁化、磁导率变化等。

其中，磁化是指在外加磁场的作用下，物质会产生指向磁场方向的磁矩，这种现象称为磁化。

而磁导率则是指物质对磁场的响应程度，是一个反映物质磁性强度的物理量。

磁场与物质相互作用的基本概念是研究这一领域的重要基础，也为后续的研究打下了坚实的理论基础。

二、磁场与物质相互作用的现象及其应用磁场与物质相互作用在现实生活中有着广泛的应用。

其中，最为常见的应用之一就是磁屏蔽。

在现代科技领域中，磁屏蔽是保护电子元器件和仪器设备免遭磁场干扰的一种重要手段。

磁屏蔽可以通过选择合适的材料、结构以及磁屏蔽的方法来达到屏蔽磁场的目的。

此外，磁屏蔽还可以应用于磁共振成像技术等领域。

磁共振成像技术是一种非侵入性的医学成像技术，通过利用核磁共振现象对物体进行成像。

然而，由于环境中存在的各种不同磁场，磁共振成像技术容易受到干扰影响。

因此，可以通过磁屏蔽手段来减少这种影响，提高成像质量和诊断准确性。

除此之外，磁场与物质相互作用还可以应用于电子磁极等领域。

电子磁极是一种将磁场转化为电信号的传感器设备，常用于测量磁场、角度、位置等参数。

磁场与物质相互作用的研究不仅为电子磁极技术提供了理论基础，还为其性能的提高和应用范围的拓展提供了重要的支持。

三、磁场与物质相互作用的未来发展方向随着科技的不断发展和进步，磁场与物质相互作用的研究也将不断深入和拓展。

电磁学应用-研究电磁场的相互作用

电磁场的性质：电场和磁场相互关联，形成电磁波，传播能量和信息
电磁力的作用原理
电磁力的定义：电荷在电场中受到的力
电磁力的来吸
电磁力的计算公式：F=q*E
电磁波的传播特性
电磁波的速度：光速，约为30万公里/秒
电磁波的频率：与波长和速度有关，频率越高，波长越短
磁悬浮技术的应用
磁悬浮列车：利用电磁力实现列车悬浮和推进，提高速度、降低噪音和振动
磁悬浮轴承：利用电磁力实现轴承悬浮，提高机械设备的性能和寿命
磁悬浮扬声器：利用电磁力实现扬声器悬浮，提高音质和音效
磁悬浮显示：利用电磁力实现显示设备悬浮，提高显示效果和视觉效果
电磁学在科学研究中的应用
太阳能汽车：利用太阳光为汽车提供动力，实现绿色出行
电磁场在核能领域的应用和安全问题
电磁场在核能领域的应用：电磁场可以用于控制和引导核反应，提高核能的效率和安全性。
电磁场在核能领域的安全问题：电磁场可能会对核反应堆的稳定性产生影响，需要采取措施确保其安全性。
电磁场在核能领域的应用实例：例如，电磁场可以用于控制核反应堆中的中子流，提高核能的效率。
电磁学在环境保护和能源领域的应用
电磁波在环境监测中的应用
电磁波在环境监测中的作用：监测大气、水质、土壤等环境因素的变化
电磁波监测技术的原理：利用电磁波在不同介质中的传播特性和反射特性来监测环境因素的变化
电磁波监测技术的应用：大气污染监测、水质监测、土壤污染监测等
电磁波监测技术的优点：实时、准确、高
粒子加速器中的电磁场
粒子加速器：利用电磁场加速带电粒子的装置
电磁场作用：在粒子加速器中，电磁场用于控制和加速带电粒子

电磁波与物质的相互作用

电磁波与物质的相互作用<序号> 电磁波与物质的相互作用1. 引言通过现代科学技术的发展，我们对电磁波与物质之间的相互作用有了更深入的理解。

电磁波是一种在空间中传播的电场和磁场的振荡现象，而物质则包括了我们周围的一切物质实体。

在本文中，我们将探讨电磁波与物质之间的相互作用，并进一步了解这个相互作用如何影响和塑造我们的日常生活以及科学技术的进步。

2. 基础概念为了更好地理解电磁波与物质的相互作用，我们首先需要了解一些基础概念。

电磁波包括了一系列不同频率的波，从长波的无线电波到短波的紫外线和伽马射线。

物质则具有各种各样的性质，包括电导性、透明度和折射率等。

电磁波与物质的相互作用是通过电场和磁场对物质内部电荷和电子的作用来实现的。

3. 吸收和发射电磁波与物质之间最常见的相互作用是吸收和发射。

当电磁波与物质相遇时，物质中的电荷和电子将被电场和磁场作用力推动，从而导致能量的吸收和转化。

这种吸收和发射的过程在各种领域中发挥着重要作用。

太阳光的热量吸收使得地球温暖，而荧光材料的发光则是因为它们能够吸收并重新辐射入射光的能量。

4. 折射和反射除了吸收和发射外，电磁波与物质之间还存在折射和反射的相互作用。

当电磁波从一种介质传播到另一种介质时，它的速度和方向都会发生改变，这就是折射现象。

这种现象在光学中非常常见，如光线从空气中进入水中时会发生折射。

反射是指电磁波与物质界面相遇后反弹回来的现象，如镜子中的光线反射。

5. 散射和干涉电磁波与物质之间的相互作用还可以导致散射和干涉。

散射是指电磁波在物质中遇到不同电场和磁场的微小改变时改变传播方向的现象。

这种现象常见于大气中的气溶胶颗粒散射太阳光而形成的蓝天现象。

干涉是指两个或多个电磁波相互作用时产生的波干涉现象，如在液晶显示器中，电磁波的干涉导致不同颜色的像素点显示。

6. 应用和实践电磁波与物质的相互作用在许多领域中都有广泛的应用和实践价值。

在通信技术中，电磁波的吸收和发射允许我们进行无线通信，如手机和卫星通信。

电磁场理论及其与物质的相互作用

电磁场理论及其与物质的相互作用电磁场理论是物理学中的重要分支，它研究的是电磁场的性质以及与物质之间的相互作用。

电磁场是由电荷产生的，并且可以通过电磁波的形式传播。

在这篇文章中，我们将探讨电磁场理论的基本原理以及它与物质之间的相互作用。

首先，让我们来了解一下电磁场的概念。

电磁场是由电荷所产生的一种物理场，它包括电场和磁场两个部分。

电场是由电荷的存在而产生的，它可以通过电场力对其他电荷施加力。

磁场则是由运动的电荷所产生的，它可以通过磁场力对其他运动的电荷施加力。

电磁场理论的基础是麦克斯韦方程组，它由麦克斯韦在19世纪提出，并且被广泛应用于电磁学的研究中。

麦克斯韦方程组包括四个方程，分别描述了电场和磁场的行为规律。

这些方程是电磁场理论的基础，通过这些方程我们可以推导出电磁场的性质以及与物质之间的相互作用。

电磁场与物质之间的相互作用是电磁场理论的一个重要研究方向。

在物质中存在着电荷和电流，它们与电磁场之间会发生相互作用。

物质中的电荷在电磁场的作用下会受到力的作用，并且会产生电流。

而电流则会产生磁场，从而对电磁场产生反作用。

这种相互作用是电磁场与物质之间的基本关系，它决定了电磁场在物质中的行为。

在电磁场与物质的相互作用中，一个重要的概念是电磁感应。

电磁感应是指当磁场的强度或方向发生变化时，会在导体中产生感应电流。

这是由法拉第电磁感应定律所描述的，该定律表明感应电流的大小与磁场的变化率成正比。

电磁感应的现象在许多实际应用中都有重要的作用，比如发电机和变压器等。

除了电磁感应，电磁场与物质之间还存在其他的相互作用。

例如，当电磁波通过物质时，会与物质中的电荷相互作用，并且会发生散射和吸收等现象。

这种相互作用是电磁场与物质之间能量传递的重要方式，它决定了电磁波在物质中的传播行为。

总结起来，电磁场理论是物理学中的重要分支，它研究的是电磁场的性质以及与物质之间的相互作用。

电磁场由电场和磁场组成，通过麦克斯韦方程组可以描述其行为规律。

2电磁场与物质的相互作用

麦克斯韦 (1831－1879)
麦克斯韦方程组
麦克斯韦方程组
E (r , t ) B(r , t ) t H ( r , t ) D( r , t ) t D(r, t ) (r, t )
B( r , t ) 0
麦克斯韦 (1831－1879)
周期性变化的电场周围产生磁场，这个磁场也是周期性变化的，而且变化的频率与电场相同，这个变化的磁场又会产生同频率变化的电场……
关于电磁场……
中学的课本告诉我们：
变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，变化的电场和磁场总是相互联系在一起的，形成一个不可分离的统一的场
周期性变化的电场周围产生磁场，这个磁场也是周期性变化的，而且变化的频率与电场相同，这个变化的磁场又会产生同频率变化的电场……
受激跃迁
→受激吸收
受激辐射
取决于上下能级粒子数的差
电磁场与物质的相互作用
- 共振作用 -
泵浦（抽运）
激射！
受激辐射
Optical Pumping
Towns 发明了氨分子微波量子振荡器
(MASER)
1964年获得诺贝尔物理学奖.
1960：美国休斯公司实验室西奥多.哈罗德.梅曼
1960年5月的某一天.梅曼和往常一样来到实验室.他打开了泵浦源的开关,让脉冲氙灯的电能馈入红宝石中,此时,这台装置中发射出了第一束闪光.梅曼平静地写下了实验记录:红色,波长694.3纳米.这束光,色单纯,所有的波都在同一个方向上;发射到几千英里以外也不会因发散而失去作用;聚焦到某一点上可以达到极大的能量,甚至可以超过太阳表面的温度值.这束光,就是激光;梅曼做成这个“受激辐射光放大器”就是世界上第一台激光器.

电磁场与带电粒子的相互作用

电磁场与带电粒子的相互作用在我们日常生活中，电磁场与带电粒子的相互作用是一种非常常见的现象。

从一个简单的电灯泡的发光，到雷电的闪电，这些都是电磁场与带电粒子相互作用的表现。

本文将从电磁场和带电粒子的基本概念入手，探讨这一相互作用的原理和应用。

首先，我们来了解电磁场的基本概念。

电磁场是由电荷和电流所产生的一种物理现象。

根据电场和磁场的强弱和方向，可以描述电磁场的性质。

电场是由电荷产生的，它可以通过电荷之间的相互作用传递力量。

磁场则是由电流产生的，它可以通过磁感应定律描述。

电磁场在空间中以波的形式传播，这就是我们所熟知的电磁波，如光波、无线电波等。

带电粒子是指带有正负电荷的微粒，如电子、质子等。

带电粒子的运动和相互作用是电磁场的基础。

当带电粒子在电磁场中运动时，它会受到电磁场的力的作用。

这个力可以通过库仑定律和洛伦兹力定律来描述。

库仑定律描述的是两个电荷之间的相互作用力，而洛伦兹力定律描述的是带电粒子在电磁场中所受到的力。

在电磁场与带电粒子的相互作用中，有一项非常重要的应用就是电磁感应现象。

根据法拉第电磁感应定律，当一个导体处于变化的磁场中时，会在导体中产生感应电流。

这一现象被广泛应用于发电机、变压器等设备中。

电磁感应的原理是在变化的磁场中，磁感线切割导体，产生感应电动势，进而产生感应电流。

这种相互作用不仅改变了导体内部的电磁场分布，还产生了一种新的能量形式，即电能。

另一个重要的电磁场与带电粒子相互作用的应用是电磁波的传播。

电磁波是由电场和磁场相互作用而形成的一种能量传播方式。

电磁波的产生有两种方式：一种是通过加速带电粒子的方式产生，如放射性元素衰变产生的α、β、γ射线；另一种是通过振荡电荷产生，如无线电台产生的无线电波。

电磁波在空间中传播的速度是光速，这是一个常数，与波长和频率无关。

电磁波可以被天线接收，产生感应电流，进而被放大和处理。

除了上述的应用，电磁场与带电粒子的相互作用还有很多其他的应用。

Quiz2：《电磁场和物质的相互作用》作业

Quiz21.晶体材料中的能带结构是如何产生的？答：量子力学证明，由于晶体中各原子间的相互影响，原来各原子中能量相近的能级将分裂成一系列和原能级接近的新能级。

这些新能级基本上连成一片，形成能带(energy band)。

当N个原子靠近形成晶体时，由于各原子间的相互作用，对应于原来孤立原子的一个能级，就分裂成N条靠得很近的能级。

使原来处于相同能级上的电子，不再有相同的能量，而处于N个很接近的新能级上。

2.描述自发跃迁、受激吸收和受激辐射的概念，以及他们在物质中发生时的相互影响。

答：自发跃迁就是处于较高能级的粒子自发地跃迁到较低能级上去的过程。

受激吸收就是处于低能级的原子（El），受到外来光子的激励下，在满足能量恰好等于低、高两能级之差（△E）时，该原子就吸收这部分能量，跃迁到高能级（Eh），即△E=Eh-El。

受激辐射就是处于激发态的发光原子在外来辐射场的作用下，向低能态或基态跃迁时，辐射光子的现象。

此时，外来辐射的能量必须恰好是原子两能级的能量差。

受激辐射发出的光子和外来光子的频率、位相、传播方向以及偏振状态全相同。

受激辐射是产生激光的必要条件。

自发跃迁是受激吸收和受激辐射的前提和基础。

正常太下原子的自发跃迁和受激吸收是相伴而生的，只有受到外界不断的能量激发才可以发生受激辐射，而连续不断的受激辐射是产生激光的根本前提和主要原理。

3.简述室温下半导体的导电机理，说明与导体导电的区别。

答：室温下，首先晶体中电子的分布要满足一定的波函数，而波函数也随这晶格周期性的变化。

最终得到电子的分布空间是一些带。

带和带之间时禁带，即不能存在电子。

晶体能够导电是其中的电子在外电场的作用下做定向运动。

电子在外电场下做加速运动，于是电子的能量就发生改变。

从而电子从能量较低的带跃迁到高的带。

半导体，就是能量较低的带里全部填充电子，能量高的带没有电子，因为满所以就好比大家在一起挤着不能动，那么就没有电流。

但是有了外力，电子就跃迁，满的地方就空出位置，从而让旁边的电子移动，从而形成电流。

理解电磁波与物质的相互作用

添加标题
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偏振：电磁波的振动方向在某一方向上呈现规律性变化
偏振的应用：在光学、通信等领域有重要应用
电磁波与物质的相互作用方式
反射、折射和散射
反射：电磁波在物质表面发生方向改变的反射现象。折射：电磁波在不同介质间发生方向改变的折射现象。散射：电磁波与物质内部结构相互作用，产生各种散射现象。
用。
物质对电磁波的能量吸收和转换
物质对电磁波的吸收：电磁波通过与物质相互作用，将能量传递给物质，使物质内部的电子发生跃迁，产生吸收光谱。
物质对电磁波的转换：物质可以将吸收的电磁波能量转换为其他形式的能量，如热能、化学能等。
不同物质对电磁波的响应：不同物质对电磁波的吸收和转换能力不同，这取决于物质的性质和电磁波的频率。
电磁波在物质中传播时，会与物质发生相互作用
电磁波在物质中的传播速度会发生变化
电磁波在物质中的传播模式可以发生转换
不同频率的电磁波在物质中传播时，会有不同的传播特性
电磁波与物质的相互作用应用
雷达和通信技术
雷达应用：利用电磁波探测目标，实现远程，实现语音、数据和视
物质检测：利用电磁波与物质的相互作用，对物质进行检测和识别
物质检测应用：在医疗、环保、食品等领域中用于检测有害物质和污染物
物质识别应用：在科研、工业、安全等领域中用于识别材料、产品、设备等
医学成像和诊断技术
核磁共振成像：利用磁场和射频脉冲，获取人体内部结构的高分辨率图像
超声波成像：通过高频声波显示人体内部结构，具有无创、无痛、无辐射的特点
电磁波在物质中的传播速度可能会减慢，这会影响信号的传输质量和速度。

秋原电磁场和物质的共振相互作用PPT课件

• 谱线加宽对自发辐射表达式无影响
原子(D )
dn21 dt
st
n2W21
d n2B21 g , 0
d
辐射场 (D )？
两种情况讨论－连续谱辐射场 & 准单色光辐射场
• 原子D与连续谱光辐射场D 的相互作用
2
e
mc2 2 kbT
2 0
0
2
DD
多普勒宽度
D D
2 0
2kbT mc2
ln
1
2
2
7.16107 0
T M
1
2
0
g~D , 0
2
D D
ln
2
1
2
e
4
ln
2
D
2 D
0
2
第14页/共50页
2. 固体工作物质中的非均匀加宽
• 晶体缺陷(位错,空位)造成晶格场不规则,晶体质量愈差,谱线愈
(4)*速率方程理论－量子理论的一种简化形式
电磁场(量子化的辐射场－光子)& 物质原子相互作用忽略光子的相位和光子数的起伏特性, 只讨论光子数 (即光强)
优点：简单直观只能给出激光的强度特性，而不能揭示色散（频率牵引）效应，只能粗略地近似描述烧孔效应、兰姆凹陷、多模竞争等。
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固体工作物质的谱线加宽
红宝石: 低温－非均匀加宽；常温－均匀加宽 2.7×105 MHz Nd:YAG 晶体：晶格热振动引起的均匀加宽 1.95×105 MHz 钕玻璃：非均匀加宽为主 7×106 MHz 掺铒光纤：以均匀加宽处理
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自然加宽、碰撞加宽
洛伦兹线型
均匀加宽
多普勒加宽

电磁场与材料的相互作用研究

电磁场与材料的相互作用研究随着现代材料科学和电磁学的不断发展，电磁场与材料的相互作用研究成为了理论物理、工程学和应用学科中一个重要的研究领域。

电磁场可以影响材料物理、化学和力学性质，同时材料的性质也能够反过来影响电磁场的传播和传输特性。

在许多领域中，如电子学、光学、纳米学和能源技术等，电磁场与材料的相互作用研究具有重要的应用前景。

首先，我们需要介绍一些基本的概念和原理。

电磁场是由电荷和电流所产生的物理场，它包括电场和磁场两部分。

材料是物质的基本组成部分，它有着自己的物理、化学和力学性质。

在经典电磁学中，电磁场与材料之间的相互作用可以用麦克斯韦方程组来描述。

这些方程描述了电场和磁场的产生和传播，以及它们与材料之间的相互作用。

另外，材料的电磁性质可以用介电常数和磁导率来描述。

介电常数和磁导率是材料对电场和磁场响应的量度，它们决定了材料对电磁波的传输和传播特性。

电磁场与材料的相互作用可以体现在许多方面。

其中一种是电磁波在材料中的传输和衰减特性。

材料对电磁波的传播可以产生吸收、散射和反射等效应，这些效应与材料的电磁性质和组成结构有关。

例如，金属是典型的电磁波反射和屏蔽材料，因为它们具有高的电导率和磁导率，可以有效地吸收电磁波。

另一方面，绝缘体具有高的介电常数，能够阻止电磁波在其内部传输，因此可以作为电磁波隔离材料。

此外，纳米结构材料的电磁性质与体材料有很大的不同，它们具有优异的光学和电学性质，能够在太阳能电池、LED、显示器等领域中得到广泛应用。

另一种电磁场与材料的相互作用是材料对电场和磁场的响应特性。

许多材料的性质可以通过外部的电场和磁场来控制和调节。

例如，铁磁材料可以在外部磁场的作用下发生磁化，这种磁性行为可以应用于磁存储、传感器等领域。

另外，电介质和半导体材料的电学性质可以通过外部电场的调节而发生变化，这种变化可以应用于电子学器件和微波器件中。

近年来发展起来的图石材料也因其独特的电学性质而引发了广泛的关注，这种材料可以实现电场调控下的电介质-铁电相变，因此有望在新型智能器件、电池、电容器等领域中应用。

第五篇 电磁场与物质的相互作用