11电磁场和电磁波

nullnullnullnull11-1 位移电流 麦克斯韦方程组一. 位移电流1、电磁场的基本规律null静电场和稳恒磁场的基本规律null包含电阻、电感线圈的电路,电流是连续的.包含有电容的电流是否连续1、 位移电流null在电流非稳恒状态下 , 安培环路定理是否正确 ?电容器破坏了电路中传导电流的连续性。null电容器上极板在充放电过程中，造成极板上电荷积累随时间变化。单位时间内极板上电荷增加（或减少）等于通入（或流出）极板的电流null 若把最右端电通量的时间变化率看作为一种电流，那么电路就连续了。麦克斯韦把这种电流称为位移电流。定义（位移电流密度）变化的电场象传导电流一样能产生磁场，从产生磁场的角度看，变化的电场可以等效为一种电流。null位移电流的方向位移电流与传导电流方向相同如放电时反向同向null二、全电流定律全电流通过某一截面的全电流是通过这一截面的传导电流、运流电流和位移电流的代数和.在任一时刻,电路中的全电流总是连续的. 在非稳恒的电路中,安培环路定律仍然成立.全电流定律null位移电流和传导电流一样，都能激发磁场null对称美null 麦克斯韦认为静电场的高斯定理和磁场的高斯定理也适用于一般电磁场.所以,可以将电磁场的基本规律写成麦克斯韦方程组(积分形式):三、麦克斯韦方程组null麦克斯韦方程组物理意义：1、通过任意闭合面的电位移通量等于该曲面所包围的自由电荷的代数和。2、电场强度沿任意闭曲线的线积分等于以该曲线为边界的任意曲面的磁通量对时间变化量的负值。3、通过任意闭合面的磁通量恒等于零。4、稳恒磁场沿任意闭合曲线的线积分等于穿过以该曲线为边界的曲面的全电流。null麦克斯韦方程组(微分形式):null*四、磁单极磁单极就是磁荷。经典电磁理论中意味着和电荷相对应的磁荷（单磁极）不存在。 磁荷（单磁极）至今未能找到。如果找到，电荷的量子化能得到很好的解释；电磁场理论和量子电动力学需要做必要的修改；对宇宙的认识也会更深入。nullnull解： (1)由于l«R,故平板间可作匀强电场处理,根据位移电流的定义null平性板电容器的电容代入,可得同样结果.(2)由位移电流密度的定义或者另解null(3)因为电容器内 I=0,且磁场分布应具有轴对称性,由全电流定律得nullnull电台、电视台的发射塔顶部呈直线状收听中央广播电台可用中、长波波段 收听美国之音、BBC要用短波波段收听广播时，收音机及天线的位置会 影响信号的强弱11-2 加速运动电荷的电磁场 电磁波null*一、加速运动电荷的电场null*二、加速运动电荷的磁场null振荡电偶极子: 电矩作周期性变化的电偶极子.电偶极子的辐射过程振荡电偶极子等效于一振荡电流元三、振荡电偶极子产生的电磁场null电偶极子的辐射场各向同性介质中，可由波动方程解得振荡偶极子辐射的电磁波球面电磁波方程null偶极子周围的电磁场null平面电磁波方程四、平面电磁波null平面电磁波示意图 在无限大均匀绝缘介质(或真空)中,平面电磁波的性质概括如下:null真空中实验测得真空中光速光波是一种电磁波null根据麦克斯韦理论，在自由空间内的电场和磁场满足 这样电场和磁场可以相互激发并以波的形式由近及远,以有限的速度在空间传播开去，就形成了电磁波。电磁波:null解决途径： (1)提高回路振荡频率LC回路能否有效地发射电磁波 (1)振荡频率太低LC电路的辐射功率 (2)电磁场仅局限于电容器和自感线圈内LC回路有两个缺点：(2)实现回路的开放五、振荡电路 赫兹实验null从LC振荡电路到振荡电偶极子null振子发射谐振器接收电磁波的接收null赫兹----德国物理学家 赫兹对人类伟大的贡献是 用实验证实了电磁波的存在， 发现了光电效应。　　1888年，成了近代科学史上的 一座里程碑。开创了无线电电子技术 的新纪元。　　赫兹对人类文明作出了很大贡献，正当人们对他寄以更大期望时，他却于1894年因血中毒逝世，年仅36岁。为了纪念他的功绩，人们用他的名字来命名各种波动频率的单位，简称“赫”。null六、电磁波谱将电磁波按波长或频率的顺序排列成谱null电磁波的应用 　　从1888年赫兹用实验证明了电磁波的存在， 1895年俄国科学家波波夫发明了第一个无线电报系统。 1914年语音通信成为可能。 1920年商业无线电广播开始使用。 20世纪30年代发明了雷达。 40年代雷达和通讯得到飞速发展， 自50年代第一颗人造卫星上天，卫星通讯事业得到迅猛发展。如今电磁波已在通讯、遥感、空间控测、军事应用、科学研究等诸多方面得到广泛的应用。null*11-3 电磁场的能量与动量一、电磁场的能量密度与能流密度null二、电磁场的能量密度与能流密度表达式1. 能量密度电场磁场电磁场电磁波所携带的能量称为辐射能.null2. 能流密度(又叫辐射强度)单位时间内通过垂直于传播方向的单位面积的辐射能量(S)能流密度矢量 坡印廷矢量null对于振荡电偶极子辐射波,可导出(自证推导)平均能流密度（辐射强度）:上式表明:1) 辐射具有方向性null例 圆柱形导体,长为l,半径为a,电阻为R,通有电流I,证明:2)沿导体表面的坡印廷矢量的面积分等于导体内产生的焦耳热功率I2R.null(1) 在圆柱表面上,电场强度E即为电流流动方向(沿Z轴) 磁场强度H与电流I构成右螺旋关系(e方向)解:由上式可以判定S垂直导体表面,且指向导体内部.null(2) 导体表面处对于长 l 的导体,单位时间内通过表面积Ａ=2al 输入的电磁能量为null三、电磁场的动量相对论中真空中平面电磁波，其单位体积的动量（动量密度）大小：动量为矢量，故 电磁波在物体表面反射或被吸收时必定产生压强称为辐射压强。null四、同步辐射 在回旋加速器的磁场中作圆周运动的质子或电子就要产生强烈的辐射，这时由加速器提供给粒子的能量将有一部分转变为辐射能。当粒子的速度接近光速时粒子辐射的能流密度的角分布形成一个指向前方的锥形瓣，随粒子运动，象一个转动的探照灯束，这种辐射称为同步辐射。null五、电磁场是物质的一种形态能量和动量都是物质运动的量度 运动是物质存在的形式 电磁场具有能量和动量，它是物质的一种形态。