hgq 6-3电磁场的能流密度.ppt

一、电磁波谱 二、电磁波的多普勒效应 若星球远离地球，我们将测到光谱的红移现象。1917年斯莱弗拍摄了15个涡状星云的光谱中13个有显著红移。1919年哈勃提出星系退行速度 * （1）引言： 能量密度和能流密度矢量（坡印廷矢量） （时变电磁场的能量与功率） (2)基本概念 坡印廷矢量 描述能量在空间的传播 描述能量在空间的分布 电磁波携带着电磁功率。能量是借助于电磁波在空间传播到距离很远的接收点。现在将推导所传送的能量和电磁波中电场及其磁场强度之间的比率关系。我们从旋度方程着手分析： 由矢量恒等式知： 那么 功率密度S 在简单媒质中，其本构参数均不随时间变化 因此 微分形式表示了点函数的关系，将上式两边对所研究的区域取体积分，便可得出相应的积分形式： 由散度定理 ，我们有： ?, ?, ? E, H S 该式右边的第一项和第二项分别表示电场和磁场储能随时间的变化率，最后一项表示由于传导电流密度的流动而在体积内所产生的欧姆功率损耗。因而，我们可以该式的右边解释成是电和磁储能的减少率减去在体积V内的欧姆功率热损耗。根据能量守恒定律，它必然等于通过该体积的表面散发出去的功率（能量的变化率），所以，(E?H)量是一个表示穿过单位面积的功率流矢量。定义： 量S 称为坡印廷矢量（能流密度矢量），它是一个与电磁场有关的功率密度矢量。方向表示能量流动的方向。 S 在闭合面上的面积分等于从这闭合面所包围的体积中散发出的功率，这就是坡印廷定理（时变电磁场的能量定理）。 因此，方程又可以写成下面的形式： 其中 该式表明了在任何瞬时流入某闭合面的总功率，等于由这闭合面所包围的体积内电场和磁场储能的增加率与欧姆损耗功率的总和。 §3 电磁场的能流密度 波的强度 I 结论：I 正比于 E02 或 H02 表示 §3 电磁场的能流密度 的载流导线，电流强度为I， 电阻率为 导线截面半径为a，求：单位时间流入导线的能量 I 例：长为 解：体内电流密度为 x 电场强度为 表面处的磁场强度 §3 电磁场的能流密度 能流密度 能流，即单位时间流入导线表面的能量 例：已知某电磁波的电场矢量函数： 求：磁场强度矢量 解： 经典电磁场理论把原子发光看作是原子内部过程形成的电偶极子的辐射。原子由带正电的原子核和绕核运动的带负电的电子组成，在外界能量的激发下，原子核和电子产生剧烈运动，发生相互作用，使得原子的正电中心和负电中心通常并不重合，且两者间的距离在不断发生变化，形成一个振荡电偶极子。设原子核所带电荷为q，正负电中心的距离（矢径）为l，方向由负电中心指向正电中心，原子的电矩为p = q l 电磁波的辐射 * 电偶极子辐射模型 讨论辐射场 振荡偶极子辐射的电磁波 ? ? ? ? ? ? ~ （1）Z轴上各点? = 0或? ，E=H=0 （2）XY平面上? = ? /2 Eo、Ho 最大 不同时刻振荡电偶极子附近的电场线 + + + + + + + - 振荡电偶极子附近的电磁场线 极轴 传播方向 辐射强度 发射功率——单位时间辐射总能量 如何提高振荡电路的发射功率？ ~ 发射天线的基本单元 ? ? ? ? ? ? ~ 拉直 + 电磁波的产生与传播 变化的电磁场在空间以一定的速度传播就形成电磁波. - + 振荡电偶极子 + - ? 射 线 X 射 线 紫 外 线 红 外 线 微 波 可 见 光 外层电子跃迁 核内粒子作用 内层电子跃迁 分子振动转动 核、电子自旋 晶体、电子线路振荡 无线电波 10.5 电磁波谱 哈勃定律 哈勃定律并不表示银河系是宇宙的中心，而是显示了一幅宇宙膨胀的图景，多普勒理论为它提供了科学依据。 *