电磁学通论 第8章 麦克斯韦电磁场理论.pptVIP

用一细锐激光束射击一微小颗粒，光束在微粒表面的反射和折射，就意味着其动量的改变，从而产生一个光压力施予微粒使其位移。这类光压效应，现如今发展为一门高精尖技术，名为光镊或光钳（Optical tweezers）。 光镊通过窄光束反射折射时所产生的光辐射压力，或通过高度聚焦的激光束所产生的光场梯度力，来实现对透明介质微粒的操控，或移动或形变或捕获或禁闭。光镊技术可以用于移动细胞或病毒微粒，可以将细胞捏成不同形状，也可以用于冷却原子。由于光镊的力可以精准地直接作用于细胞或更小的目标，它在生物学和医学方面的应用越益广泛；它可以将亚微米级的颗粒移动亚纳米级的距离，故光镊常常被用于操控DNA、蛋白质、酶，甚至单个分子，为分子生物学研究、为分子医学研究提供了一种强有力的技术手段。 利用光纤探针尖端局域非匀场所产生的强梯度力来捕获纳米微粒 ▲【讨论】考察载流导体周围电磁能流与体内焦耳热功率之关系以及相应的能量传输速度 。 如图，以长直载流导体为对象，设其电导率为 ，可选取长度为 一段导体。试讨论： （1）其周围电磁能流之方向和数值；该值是否等于这段导体的焦耳热功率。 （2）可否求出与此电磁能流相对应的能量传输速度 ，且与真空中 值比较。 （3）考察直流电源周围电磁能流状况。 （4）导体外侧可能存在的电场之法向分量 将伴随怎样的能流？ 8.4 电磁波的产生 ?产生电磁波的必要条件 ?赫兹实验 ?电磁波的演示 ?偶极振子的辐射场 ?电磁波谱 ▲ 产生电磁波的必要条件 在无源（L,r,C）暂态电路中，只能呈现衰减振荡的电讯号，以及相联系的交变场 ，这是因为它没有能量补充，不可能维持稳定的等幅振荡； 在有源（L,r,C）交流电路中，外加电源维持了电讯号和交变场的等幅振荡；虽然如此，交流电路仍无法有效地向四周空间辐射电磁波。其原因之一，是电容器和电感器系集中性元件，分别集中了电场 和磁场 ，其漏电和漏磁是很微弱的，使电场与磁场之间彼此激励的效应相当微弱，或者说，电场与磁场之间为弱耦合，这不可能产生显著的电磁辐射。其原因之二，是这种集中性元件的电容C值和电感L值不可能很小，以致其振荡频率不高，受限于 ；而理论表明，电磁波辐射强度 （对于偶极振子），故，提高电磁振荡的频率，便可以显著地增强电磁辐射的强度。 产生电磁波的必要条件是，电路充分开放，且频率足够高。前者使交变电场与交变磁场共存于一个区域，彼此充分交织而互相激励，形成电磁波向外辐射；后者使这电磁波有足够大的辐射强度，向远方传播。 局域电磁扰动 ，必将引发 与 彼此交织，互相激励，而产生电磁波向外辐射 从闭合的LC振荡电路逐步过渡到完全开放的偶极振子，导体及其两个端点就成为一根辐射天线，其分布电感值和电容值甚小，当它联接于脉冲式电压讯号或高频振荡器时，就能向外有效地辐射电磁波。 ▲ 赫兹实验 德国物理学家H.R.赫兹在物理学上的主要贡献是发现电磁波并测定了电磁波的性质。赫兹在1886-1888年这三年的时间里，进行了关于电磁波的一系列实验研究，包括产生和探测电磁波，测定了电磁波传播速度且等于光速，以及电磁波的折射、反射、聚焦、干涉、衍射和偏振化。这些实验结果充分地显示了电磁波具有与光波相同的性质，两者是相通的，只是频段不同而已。赫兹的这一系列实验结果，使欧洲物理学家们对于电磁相互作用的认识，从瞬时超距作用的观点，很快地转变为通过介质包括“以太”，而传递电磁作用的麦克斯韦观点。 赫兹实验时，利用一个与感应圈连接的未闭合电路，在间断处产生间歇性火花放电，再用一个简单的未闭合的无源回路作为探测器；在黑暗的教室中进行实验，看见了探测器中呈现微弱火光 实验说明。 一、感应圈，由多匝较粗导线绕制而成，中含一软磁铁棒，其一侧联接一继电器作为一电磁自动开关，该回路由一个低压直流电源供电。 二、当电源供电时，继电器使电路中断；在高阻两端产生一个脉冲高电压；空气分子受高压强场作用被击穿；因击穿而电离，因电离而导电，因导电而碰撞，因碰撞而发光，称其为火花放电。 三、伴随火花放电所出现的脉冲高频大电流 ，相应的频谱相当宽，约 Hz，其中心频率 也是这个量级，即 MHz，它就是这个振子的谐振频率，因振子的分布电感和电容值甚小，以致其 甚高。火花放电，使振子成为一个电磁辐射源，向四周辐射以谐振频率 为中心的广谱电磁波； 四、放电完毕，磁棒磁性消失，放开那接片，继电器重又接通电源回路，重启上述过程。 换言之，赫兹设计的这个含感应圈和振子的电磁波发生