电动力学_第五章_电磁波的辐射详解.ppt

在满足 ， 的前提下，按 与 3． 与 的关系 的关系还可分为三种情况： （1） （近区） 传播时间 这一区域内变化电磁场与静场性质类似。 （3） （远区，即辐射区） 电磁波在脱离了场源后的传播区域，也是本课程主要讨论的内容。 （2） （感应区） 过度区，电磁场的行为很复杂，一般不详细研究这一区域。 1．用 表示偶极辐射矢势 三．偶极辐射 2．偶极辐射的电场强度和磁感应强度 考虑远区条件 ， ，即 ， 所以有： 在 条件下偶极辐射的磁感应强度为： 选球坐标，让 沿 轴，则： 利用 讨论： （1）电场沿经线振荡，磁场沿纬线振荡，传播方向、电场方向、磁场方向相互正交构成右手螺旋关系； （2）电场、磁场正比于 ，因此它是空间传播的球面波，且为横电磁波（TEM波），在 时可以近似为平面波； （3）注意：如果 （ ）不能被满足，可以证明电场不再与传播方向垂直，即电力线不再闭合，但是磁力线仍闭合。这时传播的是横磁波（TM波） 四．辐射能流、角分布和辐射功率 平均功率： 与电磁波的频率4次方成正比。 平均能流密度矢量： 角分布 第五章第七节 电磁场的动量 §5.7电磁场的动量 电磁场与带电物质之间存在相互作用，带电物质在受到电磁场作用时动量会发生变化。由于动量守恒，电磁场必然也具有动量。 1.带电物体受到的电磁力 洛仑兹力密度 一．电磁场的动量密度和动量流密度矢量 带电物体受到力 用 代表带电物体的动 量，根据牛顿第二定律有 2.电磁场的动量守恒定律 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 全空间动量守恒要求 电磁场动量 3.?用场量表示洛仑兹力公式 考虑均匀介质 同 理 4.?动量密度与动量流密度张量 令： 动量密度 单位时间流出V的动量流 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。 ② ① 由此可知：①式表示动量守恒的微分形式； ②式表示动量守恒的积分形式。 当 时 为全空间的动量守恒定律. 5. 动量密度与能量密度： 对于平面电磁波： 二．辐射压力 因为电磁场具有动量，电磁波入射到物体上，必然对物体有作用力，这种力被称为辐射压力。如果是光引起的辐射压力，通常称之为光的压力。 由电磁场动量密度式和动量守恒定律可以算出辐射压力。 取物体表面上一面积元 ，则单位时间入射到 上的动量为 ，这正是电磁场对物体表面 的作用力。 由此得辐射压力： 电磁场入射到物体单位面积上的压力 第五章 电磁波的辐射 引言 不稳定的电荷、电流激发的电磁场随时间变化。有一部分电磁场以波的形式脱离场源向外运动，这被称为电磁波的辐射。 本章主要研究给定高频交变电流产生的电磁辐射，并简要讨论电磁场的动量。 一. 电磁辐射 与静电场引入电势、静磁场引入标势相似，为了便于求解普适的场方程，在变化情况下仍然可以引入势的概念。但是，由于电场的旋度不为零，这里引入的矢势、标势与静电场情况有很大的不同。 二.引入矢势和标势求解电磁辐射问题 变化电荷、电流分布激发电磁场，电磁场又反过来影响电荷、电流分布。空间电磁场的分布就是在这一对矛盾相互制约下形成的。变化的电荷电流分布一般具有边界，因此在求解时要考虑它们的边界条件和边值关系。但是，一般情况下这种的边界很复杂，使得电荷、电流分布无法确定，因此使得求解问题无法进行。在本章我们仅讨论电荷、电流分布为已知的辐射问题。 三．辐射问题的本质也是边值问题 1、电磁场的矢势和标势的引入、规范不变性； 2、达朗贝尔方程及推迟势的物理意义； 3、矢势的展开和偶极辐射； 4、电磁场的动量守恒。 本章重点 §5.1 电磁场的矢势和标势 本节使用最普遍的电磁场方程引入矢势然后讨论电磁辐射问题（仅讨论均匀介质）。 一．用势描述电磁场 （1）矢势的引入 由于 ，与静磁场相同，可以引入矢量势函数（矢势） ，使得 注意：① 与静磁场不同，引入的矢势与时间相关； ② 意义与静磁场情况相同，即： 在变化电磁场情况， ，不能象静电场那样直接引入标量势函数。 （2）标势的引入 引入标量势函数 电磁场和势之间的关系： a) 绝对不要把 中的标势 与电势 混为一谈。因为在非稳恒情况下， 不再是保