电磁学第九章09080.ppt

2005 普通物理学-热学 y o x z E B L1 L2上面二式恰为平面简谐波方程，且ω为波的圆频率，C为波传播的速度。 因为这个波是由电磁场组成的，故称为平面简谐电磁波。它们的波形如下图所示： O 三、能流密度以真空中平面电磁波来说明。在真空中电场和磁场的能量的密度公式分别为：由于其中E和H都是波方程，代入后可知能量密度也是以波的形式传播的，传播速度也是C，传播的方向就是电磁波的传播方向。 定义：单位时间通过垂直于传播方向的单位截面的能量叫能流密度，也称辐射强度，用符号S表示。坡印亭矢量的概念不仅适用于迅变的电磁场，它也适用于稳恒场。我们可以利用这个概念，分析直流电源对电路供电时，能量传输的图象。 思考题： （1）什么是坡印亭矢量？的物理意义是什么？ （2）比较在真空中任意一点，电磁波中的电能密度和磁能密度的大小？ §4. 偶极振子的辐射场 电磁波谱 (Dipole oscillators radiation field EM wave spectrum) 一、偶极振子的产生 C u L i eL上式说明在此电路中极板上的电荷 q及电路中的电流 i 都是作简谐变化的周期函数。它们辐射电磁波的本领是很差的。必须将电路加改造。 1、频率必须高。必须减小电路中L和C值。 2、电路必须开放。最后振荡电路完全演化为一根直导线，电流在其中往复振荡，两端出现正负交替的等量异号电荷。这样一个电路叫做振荡偶极子（或偶极振子）。 ● ● 振荡电偶极子 (a) (b) (c) 发射示意图 二、电磁波的辐射求偶极振子产生的电磁场需要经过复杂的数学计算，我们在此只写出所得的结果，然后作些分析。如图所示，坐标原点处有一偶极振子，当r＞＞l，且r ＞＞λ（ λ为辐射的电磁波波长）时，求图中M点的电磁场。 1、推迟效应，M点t时刻的电场或磁场是由原点处的偶极振子在时刻的状态决定的。 2、电荷作加速运动时才辐射电磁波， 3、当r足够大时，M点附近的曲面可近似看作平面。若（1）、（2）中分母的r足够大，且当其变化Δr＜＜ r时，则r可近似地认为是常量。从某处看，也是常量（如 =π/2）。 又由（3）式取其实部知：将上面的这些条件代入（1）、（2）式，就近似得到前面所讲过的平面电磁波。从这里可以看出，平面电磁波也是一个从实际问题中抽象出来的理想模型。如r不比Δr大得多，上述其余条件都满足，则电磁波仍是平面波，只是其振幅随r增加而递减。 偶极振子近区（似稳区）与远区的特性 1、 、 与波源有关 2、场点中的 与 在波源及不同场点间没有推迟效应 3、 与 （源点指向场点的单位矢）不互相垂直 4、不能携带能量向前传播 1、 与 与波源无关，可独立于波源存在 2、不同场点间有推迟效应，电磁扰动以光速传播 3、 、 及波矢 成右手关系 4、可携带能量沿波矢方向传播 似稳区（近区）（r＜＜λ) 辐射区（r＞＞ λ) 三、赫兹实验1965年麦克斯韦发表了著名的电磁场理论，预言了电磁波的存在。1875年柏林大学教授姆霍兹向学生提出一个物理竞赛的题目，要求用实验方法来验证麦克斯韦理论，他的学生赫兹经过去13年的研究，即在1888年首次用实验证实了电磁波的存在，此时，麦克斯韦已去世9年了。他还研究了电磁波的反射、折射、干涉等现象，发现电磁波的行为和光波的行为完全相同，唯一的区别就在于它是看不见的。这些都说明了电磁波的性质与光波相似，只是比光有更广的频率范围。这反过来论证了光是电磁波的一种形态。 电磁学 (Electromagnetism) * 第九章 电磁场和电磁波 一、本章的基本内容及研究思路 前言（Preface) 到目前为止，我们分别介绍了相对于观察者静止的电荷所产生的静电场，运动电荷或电流所产生的磁场，而且通过法拉弟电磁感应定律认识到电场和磁场并不是彼此无关的。原来，磁场的变化可以产生电场，那末，电场的变化能否产生磁场呢？本章将回答这个问题，麦克斯韦引进了变化的电场产生磁场的概念（“位移电流”的假说），从而归纳成麦克斯韦方程组（1865年完成），形成了体系完整的电磁场理论，加深了人们对统一的电磁场的认识，前面我们学习的静电场和稳恒磁场只不过是统一的电磁场的一些特例。电磁场理论的一个重要成就是揭示了实验测出的真空中的光速c与纯粹的电磁量的联系。这样，就把光波和电磁波统一起来，使我们对光的本质和物质世界的普遍联系的认识大大深入一步（光学被纳入到电磁场理论框架中进行研究）。 电磁学的主要任务是在三个实验定律（库仑定律、毕奥—萨伐尔定律和法拉弟电磁感应定律）的基础上，加上两条基本假说（涡旋电场、位移电流），建立了描述电磁场运动的基本方程—麦克斯韦方程组。 在此基础上预言了电磁波的存在，1888年赫兹用实验证明了电磁波的