[理学]第07章 电磁场和电磁波.ppt

§7-1 位移电流 麦克斯韦方程组 §7-2 平面电磁波 §7-3 电磁波能量和动量 §7-4 电磁波辐射 1）高频振荡；2）开放电路 1.1 产生电磁波的条件 1.2 从LC振荡电路到电偶极振子 1. 电磁波的辐射 1.3 电偶极辐射 l q －q i （1）kr1(远区）： 1）偶极振子远区的E和B是同频率同位相的球面波 3）电场、磁场、传播方向两两相互垂直，且满足 2）波速： （2）kr1(近区）： ——与静电场表达式一致 ——与恒定电流的磁场表达式一致 2.赫兹实验 电磁辐射 什么是辐射？ ? 电磁波从波源出发，以有限速度?在媒质中向四面八方传播，一部分电 磁波能量脱离波源而单独在空间波动，不再返回波源，这种现象称为辐射。 研究内容： ? 辐射是有方向性的，希望在给定的方向产生指定的场。 ? 辐射过程是能量的传播过程，要考虑天线发射和接收信号的能力。 ? 研究辐射的方向性和能量传播的前提是掌握辐射电磁场的特性。 ? 辐射的波源是天线、天线阵。发射天线和接收天线是互易的。天线的几何形状、尺寸 是多样的，单元偶极子天线（电偶极子天线和磁偶极子天线）是天线的基本单元，也是最简单的天线。 工程上的实际天线 电偶极子的辐射 一、天线的形成 以平行板电容器和长直载流螺线管为例可知 即增加电容器极板间距d，缩小极板面积S，减少线圈数n，就可达到上述目的，具体方式如图所示。 　 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。 图4.6.1 电偶极子天线的形成的演示 从LC电路的振荡频率 ???????????????? 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。 二. 电磁辐射的过程 当电偶极子p=qd 以简谐方式振荡时向外辐射电磁波 图4.6.2 电偶极子天线 * * 1.位移电流 1.1 问题的提出 稳恒电流的磁场 对S1面： 对S2面： 1)非稳恒情况下传导电流不连续 2) 在非稳恒电流的磁场中，H 的环流与闭合回路 L 为边界的曲面有关。 变化电流的磁场 + + + - - - S1 L S2 D Id Ic ? 1.2 位移电流 变化的电场可视为一种电流，称为位移电流。变化的电场中某一点的位移电流密度： 通过某一曲面S的位移电流强度： 2.1 全电流 2.全电流安培环路定理 传导电流和位移电流都能激发磁场，且 随时间变化的磁场 电场 随时间变化的电场 磁场 对称性： 2.2 全电流安培环路定理 3.麦克斯韦方程组 积分形式： 微分形式： r ～U S Ic O d D S L 作业：P557,8.1-1 1.电磁波波动方程 自由空间： 真空： 电磁波波动方程： 其中 2.平面简谐电磁波 2.1 波动方程平面波解 2.2 波动方程平面波的性质 结论： 1）电磁波的传播速度： 2）电磁波是横波，电场、磁场、传播方向两两相互垂直，且满足右手螺旋法则： 1.电磁波的能量密度和能流密度 1.1 电磁波的能量密度 1.2 电磁波的能量密度 ——坡印廷（J.H. Poynting)矢量 E B Y 2.电磁场能量守恒的表达式 S Y ——单位时间里流出闭合面S的能量 ——电场力对V内带电粒子作功的功率，等于单位时间里因转化为其它形式能量而减小的电磁场能量 ——V内电磁场能量的减小 3.电磁波的动量 单位体积的电磁场动量为： 单位时间内通过垂直于传播方向的单位面积的动量（动量流密度）为： 例1：物体表面所受的太阳的辐射压： 例2：辐射压使得经过太阳附近的彗星尾巴远离太阳： 作业：