时变电磁场和电磁波.ppt

第九章 时变电磁场和电磁波 将上面的这些条件代入（1）、（2）式，就近似得到前面所讲过的平面电磁波。从这里可以看出，平面电磁波也是一个从实际问题中抽象出来的理想模型。 如r不比Δr大得多，上述其余条件都满足，则电磁波仍是平面波，只是其振幅随r增加而递减。 偶极振子近区（似稳区）与远区的特性 1、 、 与波源有关 2、场点中的 与 在波源及不同场点间没有推迟效应 3、 与 （源点指向场点的单位矢）不互相垂直 4、不能携带能量向前传播 似稳区（近区）（r＜＜λ) 辐射区（r＞＞ λ) 1、 与 与波源无关，可独立于波源存在 2、不同场点间有推迟效应，电磁扰动以光速传播 3、 、 及波矢 成右手关系 4、可携带能量沿波矢方向传播 第九章 时变电磁场和电磁波 三、赫兹实验 1965年麦克斯韦发表了著名的电磁场理论，预言了电磁波的存在。1875年柏林大学教授姆霍兹向学生提出一个物理竞赛的题目，要求用实验方法来验证麦克斯韦理论，他的学生赫兹经过13年的研究，即在1888年首次用实验证实了电磁波的存在，此时，麦克斯韦已去世9年了。 他还研究了电磁波的反射、折射、干涉等现象，发现电磁波的行为和光波的行为完全相同，唯一的区别就在于它是看不见的。这些都说明了电磁波的性质与光波相似，只是比光有更广的频率范围。这反过来论证了光是电磁波的一种形态。 第九章 时变电磁场和电磁波 四、电磁波谱 现在人们已经发现了很多形式的电磁波，这些电磁波本质上完全相同，只是频率或波长有很大差别。不同波长范围的电磁波有非常不同的激发方式和检测方式，从而形成许多独立的学科。为了对各种电磁波有个全面的了解，我们可以按照波长或频率的顺序把这些电磁波排列起来，这就是所谓的电磁波谱。 第九章 时变电磁场和电磁波 HUBEI NORMAL UNIVERSITY 电磁学 第九章 电磁场和电磁波 第九章 时变电磁场和电磁波 位移电流 麦克斯韦方程组 平面电磁波 偶极振子的辐射场 电磁波谱 电路理论的局限性与似稳条件 前言（Preface) 第九章 时变电磁场和电磁波 一、本章的基本内容及研究思路： 到目前为止，我们分别介绍了相对于观察者静止的电荷所产生的静电场，运动电荷或电流所产生的磁场，而且通过法拉弟电磁感应定律认识到电场和磁场并不是彼此无关的。原来，磁场的变化可以产生电场，那末，电场的变化能否产生磁场呢？ §1 前言（Preface) 电磁场理论的一个重要成就，是揭示了实验测出的真空中的光速c与纯粹的电磁量的联系 第九章 时变电磁场和电磁波 本章将回答这个问题，麦克斯韦引进了变化的电场产生磁场的概念（“位移电流”的假说），从而归纳成麦克斯韦方程组（1865年完成），形成了体系完整的电磁场理论，加深了人们对统一的电磁场的认识，前面我们学习的静电场和稳恒磁场只不过是统一的电磁场的一些特例。 这样，就把光波和电磁波统一起来，使我们对光的本质和物质世界的普遍联系的认识大大深入一步（光学被纳入到电磁场理论框架中进行研究）。爱因斯坦特殊相对论思想有很大一部分是从电磁现象中得到启发和总结出来的。 第九章 时变电磁场和电磁波 电磁学的主要任务是在三个实验定律（库仑定律、毕奥—萨伐尔定律和法拉弟定律）的基础上，加上两条基本假说（涡旋电场、位移电流），建立描述电磁场运动的基本方程—麦克斯韦方程组。在此基础上预言了电磁波的存在，1888年赫兹用实验证明了电磁波的存在。 本章首先总结了前面学过的有关电场和磁场的基本实验定律和定理，在此基础上引入了位移电流假设，推广了稳恒磁场的安培环路定理，从而建立了麦克斯韦方程组，完成了基础物理电磁学部分的学习基本任务，最后还在方程组的基础上，介绍了电磁波的一些基本性质。 第九章 时变电磁场和电磁波 二、本章的基本要求： 1. 确切理解位移电流及能流密度矢量两个基本概念； 2. 掌握麦克斯韦方程组； 3. 掌握推广后的安培环路定理（修正的物理思想发展 过程及应用）； 4. 了解电磁波的一些重要特性。 第九章 时变电磁场和电磁波 第九章 时变电磁场和电磁波 可见，对非稳恒电流，安培环路定理不再成立，必须加以修改。详细考察图中的情况，S2面上虽然没有电流 i ，但在电容器中有电场且随时间变化，这个电场是由极板上的电荷 q 产生的，且 q 与 i 的关系为： 至此，也大体看出了解决矛盾的线索。因为在非稳恒情况下电流的连续性方程（即电荷守恒定律）给出： 式中 q 为 s 面内电荷的代数和。 再根据电介质中的高期定理： （该式对非稳恒情况仍成立） 第九章 时变电磁场和电磁波 这样就有