第6章 电磁波的辐射
电磁波的产生介绍电磁波的产生和辐射
电磁波的产生介绍电磁波的产生和辐射电磁波的产生与辐射电磁波是一种能量传播的方式，它由电场和磁场相互作用而产生。
本文将介绍电磁波的产生原理以及其在日常生活中的辐射现象。
一、电磁波的产生原理电磁波的产生依赖于振荡电荷。
当电荷在空间中振动或加速运动时，就会产生电场和磁场的变化，从而形成电磁波。
具体来说，当电荷振动时，会在其周围形成交替变化的电荷密度，从而形成电场的变化。
而电场的变化又会引起磁场的变化，两者相互耦合作用，一起传播出去，形成电磁波。
二、电磁波的辐射现象1. 光波光波是电磁波的一种，其频率范围在可见光的范围内，人眼能够感知。
太阳光就是一种光波的例子。
当太阳产生巨大的能量时，其中的电荷不断加速运动，产生电磁波，最终形成了太阳光辐射。
2. 无线电波无线电波是指频率较低的电磁波，它的应用非常广泛，包括无线电通信、广播、雷达等。
在无线电通信中，当发射设备产生电磁波并加以调制后，信号就会通过天线辐射出去，接收设备接收到信号后解调还原成原始信号。
3. 微波和雷达波微波是指频率介于无线电波和红外线之间的电磁波，其辐射源包括微波炉和雷达系统。
当微波炉工作时，它会产生高频电磁波，通过加热食物中的水分子来使其加热。
雷达系统则利用微波来探测目标，根据反射回来的微波信号来判断目标的位置和性质。
4. X射线和γ射线X射线和γ射线是频率很高的电磁波，具有较强的穿透能力。
在医学影像学中，医生利用X射线来观察人体的内部结构；而γ射线广泛应用于放射治疗和工业检测等领域。
5. 辐射安全问题尽管电磁波在生活中具有很多应用，但过度暴露于某些电磁波可能对人体健康产生影响。
因此，相关的辐射安全问题备受关注。
人们需要合理使用电子设备，如手机和微波炉，避免长时间过度接触电磁辐射。
结论电磁波的产生依赖于振荡电荷，通过电场和磁场的相互耦合作用而传播。
不同频率的电磁波具有不同的特性和应用，包括可见光、无线电波、微波、X射线、γ射线等。
在日常生活中，我们需要注意电磁辐射的安全问题，合理使用电子设备，保护好自己的健康。
第6章 自由空间的电磁波
教案课程: 电磁场与电磁波内容: 第6章自由空间的电磁波课时:4学时教师：刘岚。
）线、γ射线等也都是电磁波，科学研究证明电磁波是一个大家族。
所有这些电磁波仅在波长λ（或频率f ）上有所差别，而在本质上完全相同，且波长不同的电磁波在真空中的传播速度都是8001/310c εμ=≈⨯（m/s ）。
因为波的频率和波长满足关系式f c λ⋅=，所以频率不同的电磁波在真空中具有不同的波长。
电磁波的频率愈高，相应的波长就越短。
无线电波的波长最长（频率最低），而γ射线的波长最短（频率最高）。
目前人类通过各种方式已产生或观测到的电磁波的最低频率为2210f Hz -=⨯，其波长为地球半径的3510⨯倍，而电磁波的最高频率为2510f Hz =，它来自于宇宙的γ射线。
为了对各种电磁波有个全面的了解，人们按照波长或频率的顺序把这些电磁波排列起来，这就是电磁波谱。
多媒体课件展示：电磁波谱图电磁波谱无线电波微波红外线可见光紫外线X 射线伽马射线可见光: 红 | 橙 | 黄 | 绿 | 蓝 | 靛 | 紫由于辐射强度随频率的减小而急剧下降，因此波长为几百千米（105米）的低频电磁波强度很弱，通常不为人们注意。
实际使用的无线电波是从波长约几千米（频率为几百千赫）开始：波长3000米～50米（频率100千赫～6兆赫）的属于中波段；波长50米～10米（频率6兆赫～30兆赫）的为短波；波长10米～1厘米（频率30兆赫～3万兆赫）甚至达到1毫米（频率为3×105兆赫）以下的为超短波（或微波）。
有时按照波长的数量级大小也常出现米波，分米波，厘米波，毫米波等名称。
中波和短波用于无线电广播和通信，微波用于电视和无线电定位技术（雷达）。
可见光的波长范围很窄，大约在7600～4000（在光谱学中常采用埃（）作长度单位来表示波长，1＝10～8厘米）、从可见光向两边扩展，波长比它长的称为红外线，波长大约从7600直到十分之几毫米。
红外线的热效应特别显著；波长比可见光短的称为紫外线，它的波长为50～4000，它有显著的化学效应和荧光效应。
电磁波辐射的原理
电磁波辐射的原理一、引言电磁波辐射是指电磁场中能量的传播，广泛应用于通信、无线电、雷达、生物医学等领域。
本文将从电磁波的产生、性质以及与人类的关系等方面介绍电磁波辐射的原理。
二、电磁波的产生电磁波的产生与振荡电荷有关，当电荷受到外界激发或运动时，会引起电场和磁场的变化，从而产生电磁波。
电磁波由电场和磁场交替变化而构成，以光速在空间中传播。
三、电磁波的性质1. 频率与波长：电磁波的频率和波长是一对相互关联的量。
频率越高，波长越短，能量越大。
不同频率的电磁波在空间中传播的速度相同，都是光速。
2. 谱线：电磁波的频率范围非常广泛，从极低频到极高频覆盖了广泛的频率范围。
不同频率的电磁波被称为不同的谱线，如无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。
3. 传播特性：电磁波在空间中传播时，呈直线传播，并且能够穿透空气、水、玻璃等透明物质，但被金属等导体所吸收。
电磁波的传播过程中不需要介质，可以在真空中传播。
四、电磁波与人类的关系1. 通信技术：电磁波作为一种信息传播的媒介，被广泛应用于通信领域。
通过无线电波和微波的传播，人们可以进行远距离的语音通话、数据传输和视频通信等。
2. 生物医学：电磁波在医学诊断中有重要应用，如X射线和核磁共振成像等。
它们可以穿透人体组织，获取内部结构的信息，帮助医生进行疾病的诊断和治疗。
3. 辐射安全：电磁波的辐射对人体健康有一定影响。
高频电磁波如紫外线、X射线和γ射线辐射强度较高，对人体组织造成伤害。
因此，人们需要遵守辐射安全规定，减少接触高强度电磁波的机会。
五、电磁波辐射的应用1. 无线通信：无线电波和微波的应用使得人们可以通过手机、电视、无线网络等实现远程通信和信息传输。
2. 遥感技术：利用电磁波的不同频谱，可以获取地球表面的各种信息，如气象预报、农作物生长监测和环境监测等。
3. 广播和电视：广播和电视节目的传播依赖于电磁波的传输，使得人们可以通过无线电和电视接收设备收听和观看节目。
电磁波的发射与辐射
电磁波的发射与辐射电磁波是一种具有电场和磁场的波动现象，它在不同介质中的传播特性会有所不同。
电磁波的发射与辐射与我们日常生活息息相关，它们可以用于电信、广播、电视和雷达等领域。
本文将探讨电磁波的发射与辐射。
一、电磁波的发射电磁波的发射可以是自然发射和人工发射。
自然发射包括太阳、地球等自然现象产生的电磁波；人工发射包括无线电波、微波、红外线、可见光等。
无线电波是人们最为熟悉的电磁波之一，它可以传输声音、图像和数据等信息。
常见的无线电波应用包括广播电视、移动通信、卫星通信等。
微波的波长比无线电波更短，其应用范围广泛，包括微波炉、雷达、通信等。
红外线是可以被热源发射出来的电磁波，其主要应用是在夜视仪、遥控器等方面。
可见光是对人类最为熟悉的电磁波，其波长范围在400-700纳米之间，主要应用是照明和显示方面。
动物也可以通过电磁波的发射进行交流。
例如，蝙蝠可以利用超声波定位食物和障碍物，蚂蚁可以通过释放化学信号进行交流。
这些现象揭示了电磁波的天然属性和如何应用它们。
二、电磁波的辐射随着电磁波愈发广泛地应用于人们的日常生活，我们身边所遭受到的辐射焦虑也不断加强。
电磁波的辐射源多种多样，包括电视、手机、微波炉等。
电视是一种广泛使用的电器，但人们往往忽略了它的辐射问题。
电视机的正面玻璃纤薄化，会导致屏幕产生的电磁辐射强度变高。
而多年使用电视的人更容易患上近视、过敏等疾病。
所以，我们更应该注意减少电视的使用。
手机是现代人最常使用的电器之一，但也是我们常常担心的辐射源之一。
与电视不同的是，手机的电磁波会直接辐射到我们的身体。
虽然手机品牌方一直强调手机已经承受了充分的测试和认证，但人们对手机辐射的关注仍然非常大。
微波炉是另一种潜在的辐射源。
微波炉使用的是微波来加热食物，微波炉的辐射会随着使用时长的增长而增加。
如果用户认真使用微波炉，它对人体的影响是可以避免的。
三、如何减少电磁波的影响虽然电磁波的影响引发了广泛的关注，但是在避免电磁波辐射方面，我们常常被广告和谣言误导。
传热学：第六章 热辐射及辐射传热
本章总说明
❖ 物体的辐射特性包含发射特性和吸收特性 ❖ 课程中提到的温度包括两个： ❖ （1）工业高温，小于2000K——红外辐射 ❖ （2）太阳高温，近6000K——太阳辐射
6.1 热辐射的基本概念
6.1.1 热辐射
❖ 辐射——物体向外界以电磁波的方式发射携带 能量的粒子的过程
❖ 宏观－辐射是连续的电磁波传递能量的过程 ❖ 微观－辐射是不连续的光子传递能量的过程 ❖ 电磁波的本质是具有一定能量的光子(粒子)，
❖ 引入立体角的目的是衡量表面辐射的方向特性 ❖ 表面在半球空间辐射的能量按不同方向分布的规
律只有对不同方位中相同的立体角来比较才有意 义
❖空间方位不同，可 以见到的辐射面积是 不同的
❖——表面的法线方 向最大
❖——切线方向最小，为零
❖ 表面在半球空间辐射的能量按不同方向分布的规 律只有在相同的辐射面积下来比较才有意义
❖ 几何上，“角”反映了在空间某一方向所占区域 的大小
❖ 平面几何中，用平面角表示在平面上所占区域的 大小
❖ 单位“弧度”
❖ 类似地，为了表示物体在三维空间中某一方向所 占空间的大小，引入“立体角”的概念
❖ 立体角（solid angle）：球面面积As与球面半径 r2之比
❖ 单位：sr
As r2
❖ 波长不同，特性不同：
❖ ——短波的γ射线、X射线等，高能物理学家和
核工程师更感兴趣 ❖ ——波长在1mm－1m的电磁波称为微波，能穿
透塑料、陶瓷和玻璃等，但会被水等极性分子 吸收而产生内热源——微波炉的原理 ❖ ——波长大于1米的电磁波主要用于无线电技术 中 ❖ 热辐射中发出的电磁波通常称为热射线，本质 上也是电磁波
❖ 用“E”表示，W/m2 ❖ 辐射力表述了物体在一定温度下发射辐射能本
电磁辐射的作用原理及应用
电磁辐射的作用原理及应用1. 电磁辐射的基本原理电磁辐射是指电磁波以及粒子在空间传播所辐射出来的能量。
它有以下几个基本原理：•电磁波产生原理：电磁波产生于带电粒子的运动。
当带电粒子加速运动时，就会产生电磁辐射。
这是由于加速带电粒子会产生变化的电场和磁场，进而形成电磁波。
•电磁波的传播原理：电磁波是以光速传播的横波。
它可以在真空中传播，并可以通过介质如空气、水和固体等进行传导。
•电磁波的频谱：电磁波的频率范围很广，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。
不同频率的电磁波有不同的性质和应用。
2. 电磁辐射的应用2.1 通信应用电磁辐射在通信领域中有很多应用，以下是其中一些常见的应用：•无线电通信：无线电波是最早应用于通信的电磁辐射形式。
它通过调制电磁波的幅度、频率或相位来传输信息。
无线电通信包括广播、卫星通信、移动通信等。
•微波通信：微波是一种高频电磁波，具有较高的穿透力和较小的衍射现象。
微波通信广泛应用于雷达系统、卫星通信和无线局域网等领域。
•光纤通信：光纤通信利用光的总反射原理传输信息。
光纤作为一种导光器件，将光信号以全内反射的方式在光纤中传输，具有高速率、大容量和低损耗等优点。
2.2 医疗应用电磁辐射在医疗领域中也有广泛的应用，以下是其中一些常见的应用：•X射线检查：X射线是一种高能电磁辐射，可穿透人体组织并在感光材料上形成影像。
医生可利用X射线进行骨骼检查、器官成像和肿瘤诊断等。
•核磁共振成像（MRI）：MRI利用强磁场和无线电波产生高质量的人体内部影像。
它对软组织具有高分辨率，且无辐射危害。
•放射治疗：放射治疗利用高能电磁辐射或粒子辐射杀死肿瘤细胞。
它可以精确定位和控制肿瘤，减少对周围正常组织的损伤。
2.3 生活应用电磁辐射在日常生活中也有一些应用，以下是其中一些常见的应用：•家用电器：家用电器如电视、收音机、手机和微波炉等都利用电磁辐射的原理工作。
电视和收音机使用无线电波接收和传输信号，手机则利用微波进行通信。
第六章 热辐射分析
第六章 热辐射分析6.1热辐射的定义热辐射是一种通过电磁波传递热能的方式。
电磁波以光的速度进行传递，而能量传递与辐射物体之间的介质无关。
热辐射只在电磁波的频谱中占小部分的带宽。
由于辐射产生的热流与物体表面的绝对温度的四次方成正比，因此热辐射有限元分析是高度非线性的。
物体表面的辐射遵循Stefan-Boltzmann定律：式中：—物体表面的绝对温度；—Stefan-Boltzmann常数，英制为0.119×10-10 BTU/hr-in-R，公制为5.67×10-86.2基本概念下面是对辐射分析中用到的一些术语的定义：黑体黑体被定义为在任意温度下，吸收并发射最大的辐射能的物体；通常的物体为“灰体”，即ε< 1；在某些情况下，辐射率（黑度）随温度变化；辐射率（黑度）物体表面的辐射率（黑度）定义为物体表面辐射的热量与黑体在同一表面辐射热量之比。
式中：－辐射率（黑度）－物体表面辐射热量－黑体在同一表面辐射热量形状系数形状系数用于计算两个面之间的辐射热交换，在ANSYS中，可以用隐藏/非隐藏的方法计算2维和三维问题，或者用半立方的方法来计算3维问题。
表面I与表面J之间的形状系数为：形状系数是关于表面面积、面的取向及面间距离的函数；由于能量守恒，所以：根据相互原理：由辐射矩阵计算的形状系数为：式中：－单元法向与单元I,J连线的角度－单元I,J重心的距离有限单元模型的表面被处理为单元面积dAI 及dAJ，然后进行数字积分。
辐射对在辐射问题中，辐射对由一些相互之间存在辐射的面组成，可以是开放的或是闭合的。
在ANSYS中，可以定义多个辐射对，它们相互之间也可以存在辐射ANSYS使用辐射对来计算一个辐射对中各面间的形状系数；每一个开放的辐射对都可以定义自己的环境温度，或是向周围环境辐射的空间节点。
Radiosity 求解器当所有面上的温度已知时，Radiosity 求解器方法通过计算每一个面上的辐射热流来得到辐射体之间的热交换。
电磁辐射：探讨电磁波的传播和辐射现象
电磁辐射的特性： 频率、波长、速 度、能量等
天然来源：太阳、地球磁 场、宇宙射线等
人为来源：无线电波、微 波、电视信号、手机信号
等
工业来源：高压输电线、 变电站、电磁炉等
医疗来源：X射线、CT扫 描、核磁共振等
非电离辐射：能量较低，不会引起 电离，如无线电波、微波、红外线 等
电磁辐射的传播方式：包括直线传 播、反射、折射、散射等
吸收防护：使用电磁吸收 材料，如吸波材料、电磁 波吸收器等
反射防护：使用电磁反射 材料，如金属板、金属膜 等
干扰防护：使用电磁干扰 材料，如电磁干扰器、电 磁干扰器等
吸收材料：如碳纤维、吸波 材料等，可以吸收电磁波并 转化为热能
屏蔽材料：如金属、石墨烯 等，可以阻挡电磁波的传播
反射材料：如金属箔、反射 膜等，可以将电磁波反射出
添加标题
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电离辐射：能量较高，能引起电离， 如X射线、γ射线等
电磁辐射的危害：过量的电磁辐射 可能对人体健康产生影响，如电磁 辐射污染、电磁辐射过敏症等
健康影响：长期暴露于电 磁辐射可能导致健康问题， 如头痛、疲劳、睡眠障碍
等
电子设备干扰：电磁辐射 可能干扰电子设备的正常 工作，如电视、收音机、
汇报人：XX
电磁波的产生：电荷运动产生电磁场，电磁场激发电磁波 电磁波的传播：电磁波在真空中以光速传播 电磁波的频率：电磁波的频率决定了电磁波的性质和传播速度 电磁波的波长：电磁波的波长决定了电磁波的传播方向和能量
直线传播：电 磁波在真空中 以光速直线传 播
反射：电磁波 遇到物体表面 时，会发生反 射
电磁波实验：电磁波干涉、衍射、 偏振等实验研究
国际非电离辐 射防护委员会 （ICNIRP）： 制定电磁辐射
电磁波的功率与辐射：电磁波的功率传输和辐射的规律
电磁波的功率与辐射：电磁波的功率传输和辐射的规律电磁波是一种由电场和磁场交替变化而产生的能量传播方式。
它在日常生活中无处不在，如无线通信、广播电视、微波炉等。
电磁波的功率传输和辐射规律是人们研究和应用电磁波的重要内容之一。
功率传输是指电磁波将能量从一个地方传递到另一个地方的过程。
而辐射则是指电磁波从发射源向周围空间传播的过程。
这两个过程在电磁波的应用中起到了重要的作用。
首先我们来了解一下功率传输的规律。
根据电磁波的性质，它的功率传输与电场强度、磁场强度以及介质特性有关。
功率传输的公式为P = E × H，其中P表示功率，E表示电场强度，H表示磁场强度。
由此可见，功率传输与电场强度和磁场强度的乘积成正比，也就是说，电磁波的功率传输随着电场强度和磁场强度的增加而增加。
另外，介质的特性也会对功率传输产生影响。
在不同介质中，电磁波的衰减程度不同，所以功率传输也会受到影响。
接下来我们来了解一下辐射的规律。
根据辐射的定义，辐射是指电磁波从发射源向周围空间传播的现象。
根据辐射的规律，我们可以知道电磁波的辐射是以球面扩散的方式进行的。
在辐射过程中，电磁波会以相同的强度同时向各个方向传播。
而辐射强度则是指单位时间内通过单位面积的辐射能量。
辐射强度与功率传输有关，功率传输越大，辐射强度也就越大。
此外，还有一个重要的概念是辐射模型，即电磁波的辐射行为可以通过数学模型进行描述，例如平面波模型、球面波模型等。
电磁波的功率传输和辐射规律在实际应用中有着广泛的应用。
例如，在无线通信中，发射塔通过电磁波的辐射将信息传递给周围的接收设备。
而在广播电视中，电磁波的辐射使得我们能够收听到各种不同的广播和电视节目。
此外，微波炉利用电磁波的辐射传递能量来加热食物。
这些应用都依赖于电磁波的功率传输和辐射规律。
总结一下，电磁波的功率传输和辐射规律是建立在电场强度、磁场强度以及介质特性的基础上的。
功率传输与电磁波的电场强度和磁场强度的乘积成正比，而辐射强度则与功率传输有关。
电磁波的辐射及防护
企 业及 军工 单位 ，为防止 电磁 辐射 的伤 害 ，工作
人 员穿戴有 屏蔽 作用 的服装 。服装 为两 层 ，外层
为 常规 面料 ， 内层 夹有 细 铜丝 编 织 成 的金 属 丝 网， 这种 服装对 电磁 波具有 较好 的 屏蔽作 用 ，但
它 的舒适 性较 差 。 来 ，陆续 出现一 些防 辐射 面 后
电器 和通 讯工 具 ， 正常 工作 时 ，既产生 电 在 磁辐 射 。 电磁 兼容 检测机 构 测试 ，人们 经常 使 经 用 的手 机 在 工作 时 紧 贴人 耳 处 电磁 辐 射 功 率 为
１ ０ ／ｍ ／ ｍ ～１ ０ ， ｎ／ ｍ 。 ＶＣＤ 、 ＤＶＤ ２ ． ｃ ｔ １０ ｔ ａ ｃ
上 出现 了隔壁 游 戏机上 的画面 ， 是有 用信 息通 这
电大理工
总第 ２ １期 ５
过 电磁辐 射扩 散 出去 的结果 。 为防止 保密信 息通
科 技 的发展 为人类 文 明的进 步插 上 了翅膀 ，
过辐射泄漏， 机要部 门的计算机等信息设备， 安
置在 由金属 网建 成 的屏 蔽 室 内， 以防止 因 电磁 辐
间。 早期 ， 一些 电磁 辐射 强度 较大 的科 研部 门、 在
微 波 炉作 为方 便快捷 的 厨房 电器 ， 同样 被 大 多数 家庭 使用 。 微波 是 电磁波 因此存 在 电磁辐射 问题 。微 波 炉 的使 用频 率 为 ２ ５ ４ ０ＭＨｚ ，其工 作 原理通 过 电磁振 荡 来加热 食物 ， 因此微 波辐 射一 直 是 消费 者关 心 的问题 。 据微 波炉产 品国家制 根
环境 ，危 害着我们 的健 康，但又不能 离开它们 。本文阐述了 日 常生活 中有哪些 “ 磁 污染” 以及电磁 波 电
电磁波的产生与辐射
电磁波的产生与辐射电磁波是由变化的电场和磁场共同构成的一种波动形式。
电磁波的产生与辐射是电磁学中的重要概念，它们对我们的日常生活和科学研究具有重要意义。
本文将从电磁波的产生机制和辐射行为两个方面来探讨电磁波的相关知识。
一、电磁波的产生机制电磁波的产生是由于电荷的加速运动而引起的。
当电荷在空间中加速运动时，就会产生变化的电场和磁场，进而形成电磁波。
这个过程符合麦克斯韦方程组中的法拉第电磁感应定律和安培环路定律。
举个例子来说明电磁波的产生过程。
当我们打开一个电灯开关，电流开始流过灯泡的电路，电子在电路中开始加速运动。
这个加速运动使得电子周围的电场和磁场发生变化，从而产生电磁波。
这些电磁波将沿着空间传播，最终到达灯泡的外部，使得我们能够看到光亮。
二、电磁波的辐射行为电磁波的辐射是指电磁波从产生源向周围空间传播的过程。
电磁波具有一定的特性和行为，其中包括传播速度、波长、频率等。
1. 传播速度电磁波在真空中的传播速度是一个常数，即光速，约为3×10^8米/秒。
光速是自然界最快的速度，它具有不可逾越的极限。
2. 波长和频率电磁波的波长和频率是密切相关的。
波长表示电磁波中一个完整波动的长度，通常用λ表示，单位是米。
频率表示单位时间内电磁波波动的次数，通常用ν表示，单位是赫兹（Hz）。
电磁波的波长和频率之间存在简单的关系，即波速等于波长乘以频率。
3. 能量和强度电磁波的能量与其强度相关。
电磁波的强度是指单位时间和单位面积上通过的能量，通常用瓦特/平方米（W/m^2）来表示。
电磁波的强度与电磁波的能量有关，能量较高的电磁波具有较大的强度。
电磁波的辐射行为是由电磁波的产生和传播机制共同决定的。
当电磁波从产生源发出后，会以波的形式向周围空间传播，直到遇到障碍物或被吸收。
电磁波的辐射行为具有很强的穿透力和传播性，可以传输能量和信息。
结论电磁波的产生与辐射是电磁学的基本概念，对于我们理解电磁现象和应用电磁技术具有重要意义。
电磁波的辐射与接收
电磁波的辐射与接收电磁波的辐射与接收是在科学技术领域中，特别是在通信技术领域中的一种非常重要的现象。
电磁波的辐射与接收的理解一直在促使人类的通信技术不断进步。
一、电磁波的辐射电磁波的辐射，简单来说，是由于电荷的振动或者加速度的变化产生的。
振动电荷产生电场，电场的变化产生磁场，反过来，磁场的变化又产生电场。
这样电场与磁场相互变化相互影响，形成了一种电磁现象，这就是电磁波。
电磁波的辐射可以用著名的麦克斯韦方程组来描述。
在无电流或无电荷的自由空间中，电磁波的传播符合波动方程，其解是空间和时间的函数，形象地描述了电磁波的辐射和传播规律。
二、电磁波的接收电磁波的接收，可以看作是电磁波的辐射的逆过程。
在接收设备中，由于电磁波传播至接收天线，天线中的自由电子将受到电磁波电场分量的作用并发生振动，产生电流，这样就实现了电磁波的接收。
电磁波的接收可以用电磁感应和谐振原理来解释。
天线中的自由电子受到电磁波的电场分量作用产生的共振电流，可以通过电子设备进行放大和处理，实现对电磁波信息的接收。
三、电磁波的辐射与接收的应用电磁波的辐射与接收的理解，加深了人类对自然界的认识，更为人类的通信技术的发展提供了强大的动力。
在无线通信领域，通过电磁波的辐射与接收，实现了信息的无线传递。
从最初的无线电报、到无线电视发射，再到现在的无线网络通信，无不离开对电磁波辐射与接收的理解和应用。
在天文观测领域，通过对电磁波的辐射与接收的研究，人们可以侦测到宇宙中远处天体发射出的电磁波，从而获取关于宇宙的重要信息。
综上所述，电磁波的辐射与接收是科技领域一种重要的现象，它让人们在通信、天文观测等领域取得了重大突破。
可见，深入理解和研究电磁波的辐射与接收对科技进步有着重要的推动作用。
电磁波的辐射
f 1 2 2 2 2 称为 c t 0 达朗贝尔方程 2 1 A 2 A 2 2 0 j f c t
r ' (x , t ) 1 c d ' ( x, t ) 4 0 x x '
解称为
推迟势
（2）两种常用规范
0, 优点：电场的两个部分 0 具有鲜明的物理意义 A B, A 0 1 洛仑兹规范 A 0 2 c t
优点：简化矢势和标势满足的的微分方程， 使矢势和标势满足的的微分方程对称
1
4 0 r x 位于坐标原点的点电荷激发的势 ( x, t ) r x Q (0, t ) c ( x , t ) (r , t ) Ｏ Q (0, t r ) 4 0 r
位于任意位置的点电荷激发的势 r Q( x ' , t ) c ( x, t ) Ｏ 4 0 r
也可以理解为:无旋场可以表示为另一标量场的梯度 为简单起见，讨论真空中的电磁场：
D E B t B 0 D H j t
D 0E , B 0 H .
对于电场:
S
A
:矢(量)势
静电场: E 0
一般情况有:
E
: 标势(电势)
B E 0 t
不能象静电场那样直接引入标量势函数
B 一般情况有 E 0 t
代入
B A
A A )0 E 改写成: ( E :是无旋场，可引入标势 t t A A 令： E 即： E t t
电磁辐射的原理及防护措施
32-+ 电磁辐射的原理及防护措施电子设备工作时，既不希望被外界电磁波干扰，又不希望自身辐射出电磁波干扰外界设备及危害人体健康,所以需要阻断电磁波的传播路径，这就是电磁屏蔽，反应机理如下图所示。
电磁波在空间传播时的衰减主要是基于电磁波的反射和吸收：(1)电磁波传播到屏蔽体表面时，由于空气与屏蔽体界面处波阻抗发生突变,电磁波产生了反射；(2)电磁波通过金属材料表面后，金属材料会由于感应电动势形成涡流，涡流磁场与原来磁场方向相反、相互抵消，从而实现屏蔽作用，也就是吸收损耗；(3)在屏蔽体内未衰减掉的电磁波,传播到屏蔽体另一表面时，遇到阻抗突变的金属-空气界面再次发生反射，重新返回屏蔽体内后产生多次反射。
电磁屏蔽效果可用屏蔽衰减来表示，屏蔽衰减代表干扰场强通过屏蔽体受到的衰减值。
屏蔽衰减(单位为dB )的定义为：式中，E1和H1为入射到屏蔽体前的电场强度和磁场强度；E2和H2为从屏蔽体透过后的电场强度和磁场强度。
电磁屏蔽的吸收损耗和反射损耗的计算公式如下:式中，A表示吸收损耗；R表示反射损耗；r表示屏蔽体与场源的距离；μ为相对磁导率；σ为相对电导率；f为电磁波频率。
从上述公式可以看出，随着电磁波频率的增加，吸收损耗所占的比例随之增加，而反射损耗所占的比例随之减少。
因此，对于高频电磁波，主要利用高电导率的金属材料产生涡流，用以对外来电磁波产生抵消作用。
对于低频电磁波,通常可以采用具有高磁导率的材料，使磁力线限制在屏蔽体内部，防止电磁波扩散。
影响材料电磁屏蔽效能的因素包括材料的电导率、磁导率及厚度等。
根据电磁屏蔽的机理，电磁屏蔽产品设计可以结合屏蔽的电磁波频段，采取高电导率或高磁导率的材料进行开发，根据不同的应用场合和工艺来制作不同形态的电磁屏蔽材料，见下表。
目前，电子信息产业广泛应用的电磁屏蔽材料包括导电浆料、导电胶、导电涂料、导电漆、导电橡胶、导电布、导电泡棉、金属丝网及透明导电膜等。
电磁辐射又称电子烟雾，是由空间共同移送的电能量和磁能量所组成，而该能量是由电荷移动所产生。
电磁波与电磁辐射的基础知识
电磁辐射源有三种：太阳、地球和人工辐射源。
电磁波的基础知识
电磁波是遥感信息的载体。 横波 波速: 与光速相同2.99793*108米.秒-1 波速表示：波长、频率、波数 依波长可分为：r射线、X射线、紫外线、
单位面积上的辐射通量称为辐射通量密度：
E辐照度= Φ / A M辐射出射度= Φ / A
辐射源
被辐照物
辐照度
辐
射
出
射
度
辐射体
辐射通量密度的单位是瓦/米²（W/m²）
法向
辐射强度 (radiant intensity) I
辐射强度是描述点辐射源的辐射特性的，指 在某一方向上单位立体角内的辐射通量：
I= Φ / Ω
电磁波与电磁辐射的 基础知识
电磁辐射
能够发射电磁波的物体称为电磁辐射源，以电 磁波的形式从物体向外发射电磁能量的过程， 称为电磁辐射。
凡是温度大于绝对零度(-273.16C)的一切物体，不论气 体、液体还是固体，都会产生电磁辐射。当物体温度大 于绝对零度时，物质分子存在不规则的热运动，不规则 运动中的碰撞产生激发（电子的、振动的或旋转的）， 随后因衰变而随机发射电磁波。
基本辐射量：
辐射量 符号
定义
11/11 单位
辐射能量 Q 辐射通量 Φ
(2) Q/ t( λ)
焦耳(J) 瓦(W)
辐照度 E 辐射出射度 M 辐射强度 I
(2) Φ / A ( λ) (2) Φ / A ( λ) (2) Φ / Ω ( λ)
瓦/米²(W/m²) 瓦/米²(W/m²) 瓦/球面度(W/Sr)
第六章辐射度学与光度学基础C_应用光学
应用光学讲稿 §6-1 立体角的意义和它在光度学中的应用 二、立体角的应用
u
A
r
假定有一光学系统，对轴上点A成像，孔径角为u，问这个圆 锥角对应的立体角多大？
根据立体角的定义： Ω＝
s r2
以A为球心，r为半径作一球面，求出圆锥在球面上的面积S， 除以半径r的平方，即为该圆锥对应的立体角。
应用光学讲稿 §6-1 立体角的意义和它在光度学中的应用
2、灯泡通过聚光镜后在 -u
150mm
2.5m
照明范围内的平均发光强度，
以及灯泡的功率和位置。 15m
思路：像方照度
像方接收的总光通量
像方立体角
像方孔径角
物方立体角 像方发光强度
灯泡发
光强度
总光通量
灯泡功率、位置
应用光学讲稿 §6-4 光度学中的基本量
解：像方接收总光通量 E S 50 (1.25)2 246lm
假定圆锥面的半顶为 ，在球面上取一个 d 对应的环带，
环带宽度为 rd，环带半径为r sin ，所以环带长度为 2r sin
，环带总面积为
ds rd 2 r sin 2 r2 sin d
它对应的立体角为
d
dS r2
2
sin d
2 d cos
将上式积分得
0 2 d cos 2 (1 cos )
应用光学讲稿
§6-3 人眼的视见函数
辐射体发出电磁波，进入人眼，在可见光（波长400～ 760nm）范围内，可以产生亮暗感觉；
可见光范围内，人眼对不同波长光的视觉敏感度不同
，对波长 =555nm的 绿光最为敏感。
光度学中，为表示人眼对不同波长辐射的敏感度差别，定义
电磁波的特性电磁辐射的传播规律
电磁波的特性电磁辐射的传播规律电磁波的特性与电磁辐射的传播规律电磁波是由电磁场的振动所产生的一种自然现象，它在空间中传播，并具有许多特性和传播规律。
本文将围绕电磁波的特性以及电磁辐射的传播规律展开探讨，以帮助读者更好地理解电磁波及其在现实生活中的应用。
一、电磁波的特性电磁波具有以下几个重要的特性：1. 频率和波长：电磁波的频率和波长是联系密切的。
波长是指一个完整波形的长度，而频率是指每秒钟通过特定点的波峰或波谷的个数。
根据波长和频率的关系，可以得出光速等于频率乘以波长的公式：c =λν。
其中，c代表光速，λ代表波长，ν代表频率。
2. 极化：电磁波可分为横波和纵波。
在横波中，电场和磁场的振动方向垂直于能量传播的方向；而在纵波中，电场和磁场的振动方向与能量传播的方向一致。
3. 干涉和衍射：电磁波在传播过程中会发生干涉和衍射现象。
干涉是指两个或多个波的叠加所产生的现象，它既可以增强波的振幅，也可以减弱波的振幅。
而衍射则是指电磁波遇到障碍物或通过狭缝时发生的弯曲和扩散现象。
4. 反射和折射：电磁波在遇到边界时会发生反射和折射现象。
反射是指电磁波从边界上方弹回的现象，其发生时，波的传播方向发生改变但频率不变。
折射则是指电磁波从一种介质传播到另一种介质时，由于速度的改变而改变方向的现象。
二、电磁辐射的传播规律电磁辐射是电磁波通过空间传播的过程，在传播中符合一定的规律和原理。
以下是关于电磁辐射传播的几个重要规律：1. 光速不变定律：无论电磁波的频率如何变化，电磁波在真空中的传播速度始终是一个恒定值，即光速。
光速在真空中的数值约为每秒299,792,458米。
2. 能量传播定律：电磁波在传播中会携带能量，并在接收器上释放。
能量传播定律通过能量传输过程中的能量密度、功率密度等量来描述能量的传递和转化。
3. 理想与实际传播：电磁波在理想情况下会在空间中以直线传播，但在实际应用中，会受到空气、云雾、大气层等因素的影响，导致电磁波传播路径的扭曲和损耗。
高中物理课件 第6章 第1节 电磁波载息传万里
电视机接上了互联网，用户在看电视节目的同时，还可任意在互联网上冲浪， 并可以把与电视节目有关的网址下载，还可以通过 E－mail 传送视频、音频及静态 图像，如接上打印机，就可以把你所要的资料打印出来；网络可视电话与家用电 脑连接，通过声卡软件、麦克风和视屏，不仅可以在网上可视聊天，还能通过互 联网拔打国际电话，而且音像清晰、收费便宜；网络信息冰箱则可通过液晶显示 屏上网，接收有线电视或网络服务信息，并可通过主页传递家庭电子邮件或各类 信息；网络收音机通过通信卫星接收全球 1 000 多家广播电台的信号，调频清晰， 音质优秀，并可通过互联网收听各种综合服务信息；凡此种种，网络家电的市场 真是无处不在，触手可及.
2．思考判断 (1)目前，电磁辐射是造成公害的主要污染物之一．( √ )
(2)聆听音响时，会因手机的使用而造成不愉快的感觉．( √ )
对电磁波的理解 【问题导思】 1．电磁波的波长、波速和频率满足怎样的关系？ 【提示】 v＝λf. 2．电磁波从一种介质进入另一种介质时，不变的量是谁？ 【提示】 频率．
(4)无线电波：在电磁波谱中，波长 大于1mm 范围属于无线电波．无线 电波按其波长由小到大又可分为 微波 (波长 10－3～10 m)、 短波 (波长 10～50 m)、 中短波 (波长 50～200 m)、 中波 (波长 200～3 000 m)和 长波 (波长 3 000～30 000 m)．
【解析】 电磁波的频率由发射电路的发射装置决定，D 错误．不同频率的 电磁波在真空中的传播速度是相同的，都等于光速 c＝3×108 m/s，故 A 错误．由 v＝λ·f 得，频率不同的电磁波，波长也不同，B 正确，且频率与波长成反比，C 错 误．
【答案】 B
1．下列说法正确的是( ) A．频率越高的电磁波传播速度越大 B．波长越短的电磁波传播速度越大 C．频率越高的电磁波，波长越短 D．波长不同的电磁波，频率不同，因此速度不同 【解析】 电磁波在真空中的传播速度与频率和波长均无关，A、B、D 均错 误，电磁波的频率和波长成反比，C 正确． 【答案】 C
高中物理必修三第六章 第四节 电磁波及其应用
二、电磁场的物质性
1.微波炉利用电磁波加热食物，说明电磁场具有 能量 . 2.彗星尾是太阳光的光压压迫彗星尘埃物质形成的，表明电磁场具有与 其他物质 相互作用 的属性. 3.电磁场具有能量、具有运动 质量 .光压现象说明电磁场具有质量. 4.电磁场和电荷系统相互作用时遵守 动量 守恒定律和 能量 守恒定律. 5.电磁场具有质量、能量，物质间可以相互作用，遵守动量守恒定律和 能量守恒定律，所以电磁场是一种 物质 .
例4 电磁波在真空中传播的速度c＝3×108 m/s，有一个广播电台的频率f＝
90.0 MHz，这个电台发射的电磁波的波长λ为
A.2.70 m C.3.00 m
B.270 m
√D.3.33 m
根据 c＝λf 可得，λ＝903.×0×101806 m≈3.33 m.
三、电视广播、雷达、移动电话、电磁波谱
(2)不同频率的电磁波的比较
名称 特性
主要应用
无线 电波
红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线
灭菌、
通信、 红外探测器、 引起
医学透 治疗疾病、
消毒、
广播 红外体温计 视觉
视、安检 金属探伤
防伪
真空中的速度
c＝3×108 m/s
频率
小→大
例5 雷达向远处发射无线电波，每次发射的时间是1 μs，两次发射的时间 间隔为100 μs，在指示器的荧光屏上呈现出的尖形波如图所示，已知图 中ab＝bc，则障碍物与雷达之间的距离是多大？
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矢量磁位的解也具有相同的形式
上述 p 和 A 的表达式通常被称为电磁辐射公式。
滞后位
P
其解为：
r
r r
V
x
O
r
y
dV
1 ( r , t r r ) 1 v ( r , t ) dV V 4 π r r 1 J ( r , t r r ) A( r , t ) v dV V 4π r r
jkr
jkr e jkr 2 e r k r 2
代入上式得：
jkr r jk r e jkr 2 2 e [ ] d S [ k ]d 3 2 s r r r r
电磁场与电磁波
洛伦兹规范条件
（静态场库仑规范： A 0
）
引入洛伦兹规范条件，电位方程为达朗贝尔方程
2 2 2 t 2 2 A A J t 2
矢量磁位与标量电位分离 磁位函数只依赖于电流 电位函数只依赖于电荷
e jkr 2 4 p (k 2 )d r
上式右边的体积分又可写成 ：
jkr e jkr 2 e 2 r (k )d r ( )d
电磁场与电磁波
第6章 电磁波的辐射
e jkr 故有： 4 p ( )d r
电磁场与电磁波
第6章 电磁波的辐射
1
由 v 可见，电磁波的传播速度与介质特性 有关。 在真空中 v
1
0 0
299 792 458m/s 3 108 m/s
这就是光速，通常以 c 表示。
若某一时刻源已消失，只要前一时刻源还存在， 它们原来产生的空间场仍然存在，这就表明源已将电 磁能量释放到空间，这种现象称为电磁辐射。
电磁场与电磁波
第6章 电磁波的辐射
假定在整个空间中电荷密度ρ的分布状态是已知的，且 电荷分布在有限区域，欲求空间某一点的电位φP。应用格林 第二定理： 2 2 ( ) d S ( )d
s
e jkr 二阶连续 r jkr jkr jkr jkr e e e e 2 2 [ ( ) ( ) ] dS [ ( ) ( ) ]d s r r r r jkr e 由于 在P点不连续，取封闭面S=P为球心， r
电磁场与电磁波
第6章 电磁波的辐射
电磁场的波动方程
2 E J 1 2 E 2 t t 2 H 2 H 2 J t
位函数方程
2 A 2 A 2 J t
1 A t
B A
E j A 1 H A
洛伦兹条件
A j
引入标量电位和矢量磁位，它们与源之间的关系为： 2 k 2 2 2 (k ) 2 A k 2 A J
引入A和φ后，电磁辐射的问题就变成了已知天线上ρ和 J的分布，求解空间中的A或φ的问题。
( r , t ) : 动态标量位
动态位函数的方程
2 A 2 A 2 J ( A ) t t 缺点：矢量磁位与标量电位函数不能分离！ 2 ( A) t
电磁场与电磁波
第6章 电磁波的辐射
洛仑兹规范条件 必须引入规范条件的原因：为使A 值唯一，应规定 A 对时变场问题： A t 的散度。
e
jkr0
r 是由球心 包围体积的外法线方向，即由球表面指向球心，而 指向球表面，因此 r dS rdS ，故闭合面积分为：
1 [ 2 r0
jk 1 s0 dS r0 s0dS r0
1 dS 2 s 4r0 0
s0 r dS]
Φ的平均值为：
静止电荷或恒定电流一旦消失，它们产生的场也 随之失去，因而静态场称为束缚场，没有辐射作用。
电磁场与电磁波
第6章 电磁波的辐射
时变源的附近，时差很小，场强的变化基本上 与源同步，所以近处的时变场称为似稳场。
离开时变源的远处，由于时差很大，辐射效应显 著，所以远处的时变场称为辐射场。
的，具体方式如图所示。
电偶极子天线的形成的演示
可见，开放的LC电路就是大家熟悉的天线！当有电荷（或电流）
在天线中振荡时，就激发出变化的电磁场在空中传播。
电磁场与电磁波
第6章 电磁波的辐射
当电偶极子p=ql 以简谐方式振荡时向外辐射电磁波
下图是E线分别在 t
0, / 2, , 3 / 2 的场图
2 2 H H J t 2
B t
同理，可以推得有源区电场矢量方程为：
2 E J 2 E 2 t t
电磁场与电磁波
第6章 电磁波的辐射
电磁场的位函数
矢量位和标量位的引入
B 0 B E t
电磁场与电磁波
第6章 电磁波的辐射
令
1 r4 r jk 4 r 4 r jkr0 0 0 0 闭合面积分变为： e 2 r0 r0 r r0
jkr0 e 1， P p 当r0 → 0时上式第二、三项趋于零 ， 上式的值趋于 4 p ，于是有
6.1 电磁场的位函数及其微分方程 有源区波动方程的建立
D H J t E B t B 0 D
2 E 2 E 2 J t
2 H J 2 H 2 t t
结论： 无源区两种方法一样简单 有源区位函数方程更简单
A E t
电磁场与电磁波
第6章 电磁波的辐射
引入动态矢量位和动态标量位：
B A
E
在洛仑兹条件下，其方程为
z
A t 2 A 2 A 2 J t 2 2 2 t
令： ( E
故：
B A
E ( A) t
A (E ) 0 t
A ，可得 ) t A E ( ) t B A
A E ( ) t A( r , t ) : 动态矢量位
r0为半径的小球面S0+包含求解区域的无穷大面S∞作求解区域 边界，如图所示。
电磁场与电磁波
第6章 电磁波的辐射
这时，在S0与S∞间的体积就是上式右边体积分的区域。之所 以这样选取封闭面，这样就避开了在P点不连续的问题。
e r jkr 因 r r 3 e ( jkr 1)
r ( t ) 时刻激励的位， 时间。因此， P点t时刻的位为各源在 v 1 以速度 v 传播到P点迭加的结果。也就是说，观察点
的位场的变化滞后于源的变化，滞后的时间 t
r 正是电 v
磁波传播距离所需要的时间。由于这种位场滞后，故上述标 量电位和矢量磁位被称为滞后位。这说明时变源激励时变电 磁场，并以一定的速度向远方传播，这样的时变电磁场就 是电磁波。
电磁场与电磁波
第6章 电磁波的辐射
研究电磁波辐射的理论基础
位函数波动方程的解——滞后位 A A—矢量磁位 B A E t u—标量电位
洛伦兹条件
达朗贝尔方程
2 2
A 0 t
2 t
2 A 2 A 2 J t 求解方法：格林函数法
电磁场与电磁波
第6章 电磁波的辐射
天线的形成
从LC电路的振荡频率
f 1 2 1 LC
式可知，要提高振
荡频率、开放电路，就必须降低电路中的电容值和电感值。 以平行板电容器和长直载流螺线管 为例可知 s 2 C L N V 0 0d 即增加电容器极板间距d，缩小极板 面积S，减少线圈数n，就可达到上述目
波动方程反映了时变电磁场中电场场量和磁场场量的空间分布规律。
电磁场与电磁波
第6章 电磁波的辐射
有源区磁场矢量方程的推导：
D H J ( E ) H J H 0 t t 2 ( H ) H H J ( E ) t 2 H J ( H) t t
电偶极子天线
一个电偶极子在不同时刻的E线分布
电磁场与电磁波
第6章 电磁波的辐射
某一瞬间E线与H线在空间的分布
动态描述单元偶极子天线辐射形 成的过程
t 0 时单元偶极子天线E线与H线分布
电磁场与电磁波
第6章 电磁波的辐射
c
B
+
c
-
E
E
B
c
c
电磁场与电磁波
第6章 电磁波的辐射
第6章 电磁波的辐射
1 1 jkr 2 , , e 0 在S∞面上 ， 2 而ds ∝ r ，当r → ∞时， r r
辐射条件
jkr jkr r e [ 3 ] dS 0 2 s r r r
因此，闭合面积分中只需在小球面S0上进行。由于 d S 指向被
电磁场与电磁波
第6章 电磁波的辐射
入射、反射、透射、绕射
接收天线 发射天线