第七章电磁波-2概述.ppt

2006.5 北京大学物理学院王稼军编 电磁辐射 《论电动力学作用的传播速度》，Hertz， 1888年1月21日发表 这一天定为证实电磁波存在的纪念日 偶极振子发射的电磁波 * + 一、振荡电偶极子产生的电磁波 变化的电场和变化的磁场交替产生、由近及远，以有限速度在空间传播的过程称为电磁波. - + 振荡电偶极子 + - 振荡电偶极矩 * 点击查 看效果 2006.5 北京大学物理学院王稼军编 电磁波谱 光 、X射线、放射性辐射等都是电磁波，只是频率或波长有很大差别。按波长或频率的顺序把电磁波排列起来——电磁波谱。以真空中的波长作为电磁波谱的标度（p430 图） 无线电波： 长波：几千米； 中波： 103m－50m；短波: 50m－10m； 微波:10m－1mm 可见光：760nm－400nm； 红外线： 10-2cm－760nm； 紫外线： 400nm—5 nm ； X射线： 1nm－10-3nm； 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 §4 电磁波 电磁波的性质 电磁场的能流密度 电磁场的动量 赫兹实验 电磁辐射 电磁波的性质 电磁波的波动方程 在没有自由电荷和传导电流的各向同性的均匀介质中 对（2’）方程两边取旋度 2006.5 北京大学物理学院王稼军编 电磁场的波动方程： 同理对（4’）两边取旋度可得： 2006.5 北京大学物理学院王稼军编 波动方程（5）的平面波解为： 2006.5 北京大学物理学院王稼军编 真空中 电磁波的横波性 代入 2006.5 北京大学物理学院王稼军编 =0 说明电磁波是横波 同样可以证明 E,H,k成右手螺旋关系 2006.5 北京大学物理学院王稼军编 E与H的关系： 2006.5 北京大学物理学院王稼军编 结论：电振动和磁振动同相位， 且振幅成比例， 2006.5 北京大学物理学院王稼军编 电磁场的能流密度和动量 能流密度矢量 单位时间内通过垂直于传播方向的单位面积的电磁能量，也叫辐射强度 从特殊情况看，对于各向同性线性介质 电场能量体密度 磁场能量体密度 电磁场能量体密度 dV体积内电磁能量 能流密度 2006.5 北京大学物理学院王稼军编 S为能流密度矢量，也叫玻印亭矢量 平均能流密度 考虑方向 书中7.62式 2006.5 北京大学物理学院王稼军编 电磁波传播的机制 变化的电场 —— 磁场 变化的磁场 —— 电场 地位对称 变化率也随时间变化 说明在空间某个区域中 变化的电场、磁场同时存在，又以对方存在为前提 电磁场 互相依存、同时存在的变化的电场和磁场 区别： B变化—— E旋 ，E变化—— B 左旋 右旋 2006.5 北京大学物理学院王稼军编 讨论 电磁场是一种物质，电磁场运动与其他物质运动形式之间能够互相转化，它们都具有共同的运动量度??能量 能量是按照一定的方式分布在电磁场内的，而且随着电磁场的运动，能量将在空间中传播 引入S的过程中，完全没有用到电磁场迅变条件，说明玻印亭矢量的概念不仅适用于迅变电磁场，也适用于恒定场 2006.5 北京大学物理学院王稼军编 电磁场的动量 光压 根据狭义相对论，能量和动量是密切联系着的 由于电磁波是以光速c传播的，所以利用狭义相对论所给出的能量?动量关系式 电磁波动量密度的大小正比于能流密度，其方向沿电磁波的传播方向 光压：电磁波被物体表面反射或吸收时，必定产生压强，称为辐射压强也叫光压 电磁波动量密度：单位体积内的电磁动量 2006.5 北京大学物理学院王稼军编 光压起的重要作用： 在原子物理学中 最著名的现象是光在电子上散射时与电子交换动量的过程，即康普顿效应。 在天体物理学中 星体外层受到其核心部分的引力，相当大一部分是靠核心部分的辐射所产生的光压来平衡的。 例如，彗星尾是由大量尘埃组成的，当彗星运行到太阳附近时，由于这些尘埃微粒所受到的来自太阳的光压比引力大，所以它被太阳光推向远离太阳的方向而形成很长的彗星尾。彗星尾被太阳光照得很亮，有时能被人用肉眼看到 2006.5 北京大学物理学院王稼军编 自由空间传播的平面电磁波性质小结 变化的电磁场在空间以波动形式传播，形成电磁波 电磁波是横波k ?E、 k ?H 、 E ?H ； 三者成右手螺旋关系；电振动和磁振动同相位，且振幅成比例 电磁波传播速度 介质中速度 真空中 速度 电磁波传播伴随着能量和动量的传播 2006