第16章机械波和电磁波分解.ppt

第十六章 机械波和电磁波 讨论一维问题,场量E 和H 是坐标 x 和时间 t 的函数。前述方程组可简化为： 平面电磁波的波动方程 经过一系列变换，得到 表明变化电磁场 Ey 和Hz 是按波动形式传播。 去掉Ey 和Hz 的下标 y 和 z，得 （E沿y方向） （H 沿z方向） 平面电磁波 的波动方程 平面电磁波的波动方程 电磁波的波速 真空中的波速 平面电磁波的波动方程 2.电磁波的性质 电磁波是横波。 沿 x 轴正方向传播的平面余弦电磁波特解： 据 计算出H： 电磁波的性质 积分得 ——H的振幅 H 和E 有相同的频率,且两者同相位，二者满足瞬时关系： 平面简谐电磁波的传播 (1)电磁波的电场和磁场都垂直于波的传播方向,三者相互垂直,并构成右手螺旋关系。电磁波是横波。 电磁波的一般性质： 电磁波的性质 (4)任一时刻、空间任一点,E 和H 在量值上满足 (2)沿给定方向传播的电磁波,E 和H 分别在各自平面内振动，这种特性称为偏振。 (3)E 和H 作周期性的变化，而且相位相同，同地同时达到最大，同地同时减到最小。 (5)电磁波的传播速度 通常? 和? 与电磁波的频率有关，在介质中不同频率的电磁波具有不同的传播速度，此即电磁波在介质中的色散现象。 电磁波的性质 3.电磁波的能量 电磁波所携带的电磁能量，称为辐射能。单位时间内通过垂直于传播方向的单位面积的辐射能,称为能流密度或辐射强度。 电场和磁场的能量体密度分别为 电磁场的总能量体密度： 辐射能量的传播速度是电磁波的传播速度，辐射能的传播方向是电磁波的传播方向。 电磁波的能量 dA—P 点处垂直于电磁波 传播方向的微小面积 空间某点辐射强度的计算 dl—底面积为dA的小长方 体的高 dA P dl 小长方体中的电磁能量为w dA dl P点处的辐射强度S ： 波速 利用 得 辐射能的传播方向、E 的方向及H 的方向三者相互垂直，辐射强度用矢量式表示为： 辐射强度矢量S 也称为坡印廷(J.H.Poynting)矢量。 电磁波的能量 考虑平面余弦电磁波的情形 据辐射强度计算公式，得 取一个周期内的平均值， 的时间平均值为1/2，平均辐射强度 因 以 及，得 电磁波的能量 例题16-8 设有一平面电磁波在真空中传播,电磁波通过某点时，该点的E=50V/m。试求该时刻该点的B 和H 的大小，以及电磁能量密度w 和辐射强度S 的大小。 解 由B=?0H 和 以及 得 电磁能量密度: w=?0E2=8.85?10-12?502J/m3=2.21?10-8J/m3 辐射强度: S=E H=50?0.134J/(m2?s)=6.7J/(m2?s) 电磁波的能量 例题16-9 某广播电台的平均辐射功率 。假定辐射出来的能流均匀地分布在以电台为中心的半个球面上,(1)求在离电台为r =10km处的辐射强度;(2)在r=10km处一个小的空间范围内电磁波可看作平面波,求该处电场强度和磁场强度的振幅。 解 (1)在距电台r =10km处,辐射强度的平均值为 (2)由 , 得 解毕。 电磁波的能量 4.电磁波的动量 电磁场是客观存在的物质，具有能量和动量。 质能关系： W —电磁能量 单位体积中电磁场的质量： w —单位体积的电磁能量 单位体积中电磁场的动量： 辐射强度(或能流密度): S=w c 动量流密度:在单位时间内,通过垂直于传播方向 的单位面积的电磁动量。 电磁波的动量 动量流密度： 电磁波入射到一物体上,伴随着动量的传递,对物 体表面产生辐射压力。 单位面积所爱的辐射压力 （条件：垂直入射且被全部吸收） 单位面积所爱的辐射压力 （条件：垂直入射且被全部反射） 辐射压力测量原理图 5.电磁波的辐射 提高振荡电流辐射电磁场的方法 任何振动电荷或电荷系都是发射电磁波的波源，如天线中振荡的电流、原子或分子中电荷的振动都会在其周围空间产生电磁波。 I L C +q -q 振荡偶极子：电流在直线形电路中往复振荡,两 端出现正负交替的等量异号电荷。 电磁波的辐射 赫兹在1888年采用振荡偶极子，实现了发送和接收电磁波。采用下图装置，证实了振荡偶极子能够发射电磁波。 赫兹 电磁理论证明,振荡偶极子在单位时间内辐射的能量 与频率的四次方成正比。为有效辐射电磁能量，要求： (1)振荡电路中所产生的电场和磁场必须散布到周围的