电磁波大学物理.ppt
SSD0d高斯定理高斯定理磁通连续性原理磁通连续性原理0dSBS法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律LlEdSStBd全电流安培环路定理全电流安培环路定理SLddSlHtD11-4 电磁波电磁波（ ）一一. 麦克斯韦的理论预言麦克斯韦的理论预言 )0, 0(J1.预言电磁波的存在 无源区时变电磁场是有旋无散的。电场线与磁场线相互交链，自行闭合，从而在空间形成电磁波。 变化的电场和变化的磁场不断地交替产生，由近及变化的电场和变化的磁场不断地交替产生，由近及远以有限的速度在空间传播，形成远以有限的速度在空间传播，形成电磁波电磁波。最初由麦克。最初由麦克斯韦在理论上预言，斯韦在理论上预言，18871887年赫兹进行了实验证实。年赫兹进行了实验证实。 220022tExE220022tHxH对沿对沿 方向传播的电磁场方向传播的电磁场( (波波) ) 有有xxyzEyHzu2. 电磁波的波速恰好等于光速，预言光也是电磁波。麦克斯韦电磁场理论麦克斯韦电磁场理论222tEE00222tHH00波动方程波动方程变化的电场变化的电场变化的磁场变化的磁场电磁波谱电磁波谱0.1mm0.76m 0.4m10nm0.01nm无线电波红外线可见光可见光紫外线X射线 射线31012hz3951012hz7501012hz301015hz301018hz10km 1km 0.1km1m1mm超长波长波中波短波超短波 微波30103hz0.3106hz3106hz300106hz0.31012hz 亚毫米波10m30106hz能引起人的视觉的电磁波不同的频率使人感觉到不同颜色二二. 电磁波的辐射和传播电磁波的辐射和传播 凡做加速运动的电荷都是电磁波的波源凡做加速运动的电荷都是电磁波的波源例如：天线中的振荡电流例如：天线中的振荡电流分子或原子中电荷的振动分子或原子中电荷的振动变化的电场变化的电场变化的磁场变化的磁场变化的电场变化的电场变化的电场和变化的磁场由近及远的传播出去，就形成了电变化的电场和变化的磁场由近及远的传播出去，就形成了电磁波磁波1887年，赫兹实验年，赫兹实验18871887年，赫兹（年，赫兹（H.R.HertzH.R.Hertz）应用了一种类似振荡电偶极子的所谓赫兹）应用了一种类似振荡电偶极子的所谓赫兹振子仪器，实现了电磁波的发射和接收。实验装置简图。将两个铜棒振子仪器，实现了电磁波的发射和接收。实验装置简图。将两个铜棒沿同一方向架设，其相邻两端留有小的空隙（约沿同一方向架设，其相邻两端留有小的空隙（约0.1mm0.1mm），两铜棒分别），两铜棒分别用导线连接到高压感应线圈的两电极上，感应线圈上的周期性电压加用导线连接到高压感应线圈的两电极上，感应线圈上的周期性电压加到两棒间的空气隙上，当电压升高到空气被击穿时，电流就往复地通到两棒间的空气隙上，当电压升高到空气被击穿时，电流就往复地通过空气隙而发生火花，这是就相当于一个振荡电偶极子。由于电路的过空气隙而发生火花，这是就相当于一个振荡电偶极子。由于电路的电容和自电感极小，使得振荡频率高达电容和自电感极小，使得振荡频率高达10101818HzHz，所以能强烈地发射出电，所以能强烈地发射出电磁波。因为有火花产生和辐射能损失，所以电流是减幅的，传出的电磁波。因为有火花产生和辐射能损失，所以电流是减幅的，传出的电磁波的波幅也是衰减的。但一旦振荡电流停止，感应圈又会两棒加上磁波的波幅也是衰减的。但一旦振荡电流停止，感应圈又会两棒加上电压，再一次击穿空气隙而发生振荡。所以，发射出的电磁波是间隙电压，再一次击穿空气隙而发生振荡。所以，发射出的电磁波是间隙性的一个个减幅波列。由赫兹振子发射出的电磁波还可用另一个不接性的一个个减幅波列。由赫兹振子发射出的电磁波还可用另一个不接感应线圈电源的相同结构的赫兹振子来接收。把接收振子放在距发射感应线圈电源的相同结构的赫兹振子来接收。把接收振子放在距发射振子一定距离处，适当调节接收振子的位置和取向，可以使它发生共振子一定距离处，适当调节接收振子的位置和取向，可以使它发生共振振, ,在气隙间产生放电火花在气隙间产生放电火花, ,就证实了振荡偶极子能够发射电磁波就证实了振荡偶极子能够发射电磁波. .uEH00cos()xEEtu00cos()xHHtu三三. 平面电磁波的性质平面电磁波的性质 (plane electromagnetic wave) （真空或绝缘介质）（真空或绝缘介质）3.EH和和 互相垂直互相垂直 同相位同相位 同速度同速度 1. 电磁波是电磁波是横波横波u/HEOxyz,HE4. 任一时刻任一点，量值上任一时刻任一点，量值上 和和 随介质变化随介质变化uBE 2. 电磁波具有偏振性电磁波具有偏振性1. 能量密度能量密度 222121BEBHEDw22BEw6. 电磁波具有波的共性电磁波具有波的共性 在介质分界面处有反射和折射在介质分界面处有反射和折射ucn 00rrr折射率折射率非铁磁性介质非铁磁性介质四四. 电磁波的能量电磁波的能量 ( electromagnetic enegy) 1u1800sm10997921.c真空中真空中5. 波速波速2. 能流密度矢量能流密度矢量 坡印庭坡印庭（Poynting）矢量矢量BEHEuwSdAuStudwutAwtuASddddEHEBuEEuEu122波的强度波的强度 ITtttSTSSId120001cos()dt TtxE HttTu2021E2000cos()xSEHEHtu随时间周期变化随时间周期变化上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出解解 : :(1)(1)在距电台在距电台r =10km处处, ,辐射强度的平均值为辐射强度的平均值为(2)(2)由由 , , 得得2200cES2200cHSV/m134. 0200cSEA/m1047. 42800cSHs)J/(m)1010(21015222332rPSs)J/(m1039. 225 例题例题11-811-8 某广播电台的平均辐射功率某广播电台的平均辐射功率 。假定辐射出来的能流均匀地分布在以电台为中心的半个假定辐射出来的能流均匀地分布在以电台为中心的半个球面上球面上,(1),(1)求在离电台为求在离电台为r =10km处的辐射强度处的辐射强度;(2);(2)在在r=10km处一个小的空间范围内电磁波可看作平面波处一个小的空间范围内电磁波可看作平面波, ,求求该处电场强度和磁场强度的振幅。该处电场强度和磁场强度的振幅。 15kWP
