第十五章 电磁波.pptVIP

求解平面电磁的波动方程，得： 将上式代入①式中： 对上式积分得： 普通物理教案 因H、E为同频率、同位相，故 电磁波的一般性质： ⒈E、H与传播方向垂直——横波特性。 ⒉E、H在各自的平面内振动——偏振特性。 ⒊E、H位同频率、同位相的周期性函数。 普通物理教案 ⒋有关系式： ⒌介质中的传播速度： 对于真空情况： 称为介质的折射率 普通物理教案 三、电磁波的能量 x z y u o E E E E H H H H 单位时间内通过垂直于传播方向的单位面积的辐射能—能流密度，或辐射强度。 电场和磁场的能量体密度位： 普通物理教案 电磁场的能量体密度： P dA u dl 设通过P点的小体积元的能量为：ωdAdl 这些能量在 dt=dl/u 的时间内通过面积 dA，则： 普通物理教案 代入上式可得： 将上式写成矢量式： 坡印廷矢量 对于真空中传播的平面余弦波： 普通物理教案 取一个周期内的平均值： 普通物理教案 例题：某广播电台的平均辐射功率为P=15KW,假定辐射出来的能流均匀地分布在以电台为中心地半个球面上，⑴求在离电台为 r=10km处的辐射强度。⑵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：⑴在距电台为r=10km处，辐射强度的平均值为： ⑵由定义式可得： 普通物理教案 四、电磁波的动量 根据相对论的质能关系m=W/c2，单位体积中电磁场的动量为： 真空中电磁波的辐射强度（能流密度） 普通物理教案 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，称为动量流密度： 在电磁波垂直入射以及物体表面全部吸收的情况下，作用在表面的压力在数值上等于单位时间垂直通过单位面积的动量，因此： 对于全部反射的情况： 普通物理教案 例如：太阳的辐射能为1.4kW/m2(对地球表面)，则：P=S/c=1.4×103/3 × 108=4.7 × 10-6pa 悬丝 光束 镜子 高真空 列别捷夫光压实验 光压测量： 普通物理教案 * 第十五章 电磁场与电磁波 当参考系变换时，电场与磁场之间可以相互转化，这反映电场、磁场是同一物质——电磁场的两个方面．法拉第电磁感应定律涉及到变化的磁场能激发电场，麦克斯韦在研究了安培环路定理运用于随时间变化的电路电流间的矛盾之后，提出了变化的电场激发磁场的概念，从而进一步揭示了电场和磁场的内在联系及依存关系，麦克斯韦把特殊条件下总结出来的电磁现象的实验规律归纳成体系完整的普遍的电磁场理论——麦克斯韦方程组。本章将介绍此理论及由此预言的电磁波的基本特性。 普通物理教案 麦克斯韦 （Maxwell,James Clerk） 1831-1879 天文学、数学和物理学家 主要成就：将统计学的方法引入气体分子运动论、发展了光的电磁波理论，将磁学、电学、光学的所有现象统一起来，并预言了电磁波的存在。 普通物理教案 §15-1 位移电流 在非稳恒电流时，环路定理是否成立? 讨论电路中平行板电容器的充电过程。如图S1、S2组成闭合曲面，对此二曲面分别作环路积分： 一、位移电流 全电流 普通物理教案 对曲面S2： 以上两式表明，环路定理只适用于稳恒电流，而在不稳定条件下，环路定理不适用。引起原因是传导电流不连续。在电容器充（放）电时，I在极板上被截断，但电荷量q及面密度σ随时间变化，期间的电位移D及电位移通量φD=SD也随时间而改变。设电容器极板面积为S，电荷面密度σ，则充放电时： 对曲面S1： 普通物理教案 设极板上面电荷密度为σ，则此时D = σ S(dD/dt)在充电时与电场方向一致，放电时与电场方向相反，但无论充放电时都与电流方向一致。Maxwll提出：变化的电场也可以看作是一种电流—位移电流： 普通物理教案 电场中某点的位移电流密度等于该点电位移的时间变化率。通过电场中某截面的位移电流等于通过该截面的电位移通量对时间的变化率。 电位移通量的一般表达： 若曲面S不随时间变化，位移电流可表达为： 普通物理教案 二、全电流 全电流安培环路定理 在充电电路中，可引进全电流的概念： 可以证明全电流在任何情况下总是连续的。 证：将高斯定理推广到一般情况： 普通物理教案 将上式代入电荷守恒定律，得 （流出闭合曲面的电荷量，等于闭合面内电荷量的减少。） 此式证明全电流是连续的。 非稳恒情况下的安培环路定理称全电流环路定律： 普通物理教案 在充电回路中，S2面内应用全电流定律： 而； 在S1面内应用全电流定律： 以上两式相等，解决了前述矛盾。 普通物理教案 三、位移电流的性质 ⒈法拉第电磁感应定律说明变化的磁场激发涡旋电场，而位移电流指变化的电场也能激发涡旋磁场，两者相互联系，形成统一的电磁场。 ⒉