大學(xué)物理-第23章麥克斯韋方程組與電磁波ppt課件

1、二十三、電磁場和電磁波二十三、電磁場和電磁波（一電場、磁場知識(shí)的回顧（一電場、磁場知識(shí)的回顧基本概念：位移電流、坡印亭矢量計(jì)算）基本概念：位移電流、坡印亭矢量計(jì)算）基本規(guī)律：麥克斯韋方程組了解物理意義）基本規(guī)律：麥克斯韋方程組了解物理意義）1、電場方面、電場方面電場可分為庫侖場和有旋場感生電場），一般是電場可分為庫侖場和有旋場感生電場），一般是它們的疊加：它們的疊加：EEE庫感DDD庫感庫侖場遵循：庫侖場遵循：高斯定理高斯定理環(huán)路定理環(huán)路定理SDdSq 庫0LEdl庫有旋場遵循：有旋場遵循：高斯定理高斯定理環(huán)路定理環(huán)路定理0SDdS 感LSBEdldSt 感一般電場遵循：一般電場遵循：SSSD

2、 dSDdSDdSq 庫感LLLSBE dlEdlEdldSt 庫感2、磁場方面、磁場方面穩(wěn)恒磁場遵循的高斯定理：穩(wěn)恒磁場遵循的高斯定理：0B dS穩(wěn)恒磁場遵循的環(huán)路定理：穩(wěn)恒磁場遵循的環(huán)路定理：iLiH dlI 問題：非穩(wěn)恒情況如何？問題：非穩(wěn)恒情況如何？（二位移電流及其所激發(fā)的磁場（二位移電流及其所激發(fā)的磁場1()LSH dli面2()0LSH dl面1、位移電流、位移電流為解決這一矛盾，麥克斯韋提出為解決這一矛盾，麥克斯韋提出位移電流假說。位移電流假說。dDdtRDI(a)充電時(shí)充電時(shí)dDdt(b)放電時(shí)放電時(shí)RIDqDSDD SSq1(dDddqIjdtdtdt SS傳導(dǎo)電流密度）(D

3、ddqIdtdt傳導(dǎo)電流強(qiáng)度）位移電流密度位移電流密度位移電流強(qiáng)度位移電流強(qiáng)度ddDjdtDddIdt 電場中某點(diǎn)的位移電流密度等于該點(diǎn)的電位移矢電場中某點(diǎn)的位移電流密度等于該點(diǎn)的電位移矢量對(duì)時(shí)間的變化率；通過電場中的某截面的位移電流量對(duì)時(shí)間的變化率；通過電場中的某截面的位移電流強(qiáng)度等于通過該截面的電位移通量對(duì)時(shí)間的變化率。強(qiáng)度等于通過該截面的電位移通量對(duì)時(shí)間的變化率。2、全電流、全電流電路中同時(shí)有傳導(dǎo)電流和位移電流，稱全電流。電路中同時(shí)有傳導(dǎo)電流和位移電流，稱全電流。ddDjjjjdt全DddIIIIdt全和和那么那么 ， 在整個(gè)回路中仍然是連續(xù)的。在整個(gè)回路中仍然是連續(xù)的。j全I(xiàn)全定義定義

4、:3、位移電流的磁場、位移電流的磁場傳導(dǎo)電流的磁場安培環(huán)路定律）傳導(dǎo)電流的磁場安培環(huán)路定律）則位移電流的磁場：則位移電流的磁場：iLH dlIDddLdHdlIdt全電流的安培環(huán)路定律：全電流的安培環(huán)路定律：()()DLdHdlIIIIdtd全全4、傳導(dǎo)電流與位移電流的區(qū)別與聯(lián)系：、傳導(dǎo)電流與位移電流的區(qū)別與聯(lián)系：（1）、產(chǎn)生原因不同：傳導(dǎo)電流由電荷定向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生；）、產(chǎn)生原因不同：傳導(dǎo)電流由電荷定向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生； 位移電流由變化著的電場產(chǎn)生。位移電流由變化著的電場產(chǎn)生。（2）、傳導(dǎo)電流在導(dǎo)體中產(chǎn)生焦耳熱；而位移電流不會(huì)。）、傳導(dǎo)電流在導(dǎo)體中產(chǎn)生焦耳熱；而位移電流不會(huì)。（3）、在真空和電介質(zhì)中主要是

5、位移電流；導(dǎo)體中主要）、在真空和電介質(zhì)中主要是位移電流；導(dǎo)體中主要是傳導(dǎo)電流。是傳導(dǎo)電流。（4）、在高頻電流情況下，導(dǎo)體內(nèi)位移電流和傳導(dǎo)電流）、在高頻電流情況下，導(dǎo)體內(nèi)位移電流和傳導(dǎo)電流同樣同樣 起作用。起作用。（5）、相同的是都產(chǎn)生渦旋的磁場，并符合右手螺旋。）、相同的是都產(chǎn)生渦旋的磁場，并符合右手螺旋。（三麥克斯韋方程組（三麥克斯韋方程組1、高斯定理高斯定理環(huán)路定律環(huán)路定律庫侖場庫侖場int0qEdS庫0LEdl庫渦旋場渦旋場0EdS渦BEdldSt渦int0qE dS總BEdldSt總總電場總電場穩(wěn)恒電穩(wěn)恒電流磁場流磁場0BdS穩(wěn)iLHdlI穩(wěn)位移電位移電流磁場流磁場0B dSddLHd

6、lId總磁場總磁場0B dS總()DLdHdlIdt總2、麥克斯韋方程組、麥克斯韋方程組1865） DdSq總 BEdldSt 總方程1闡明：在任何電場包括庫侖場、渦旋場或二者的疊加場中，通過任意封閉曲面的電位移通量等于該封閉曲面所包圍的自由電荷代數(shù)和。0 BdS總(1)(3)(2)(4)DEBHjE三個(gè)介質(zhì)方程三個(gè)介質(zhì)方程()DLdHdlIdt總方程2是法拉第電磁感應(yīng)定律，反映了變化磁場和電場的關(guān)系。式2闡明：在任何電場包括庫侖電場、渦旋電場或二者的疊加場中，電場強(qiáng)度沿任意閉合曲線的線積分等于穿過該曲線所包圍的面積的磁通量對(duì)時(shí)間的變化率的負(fù)值。方程3闡明：在任何磁場包括穩(wěn)恒電流的磁場、位移電

7、流的磁場或二者的疊加場中，通過任意封閉曲面的磁通量恒等于零。它表明磁場是無源場。方程4闡明：在任何磁場(包括穩(wěn)恒電流的磁場、位移電流的磁場或者二者的疊加場中，磁場強(qiáng)度沿任意閉合曲線的線積分等于穿過該閉合曲線所包圍面積的全電流代數(shù)和。方程4即全電流定律，它反映了變化的電場與磁場的關(guān)系。（四電磁波（四電磁波 變化著的電場和磁場相互激發(fā)、交替產(chǎn)生、由近及遠(yuǎn)變化著的電場和磁場相互激發(fā)、交替產(chǎn)生、由近及遠(yuǎn)地以有限的速度在空間中傳播，就形成了電磁波。地以有限的速度在空間中傳播，就形成了電磁波。2222210EExvt2222210HHxvt其中波速其中波速1v0cosxEEtv0cosxHHtv解為解為且

8、有且有00EH1、電磁場的傳播、電磁場的傳播電磁波電磁波 在無自由電荷、傳導(dǎo)電流的均勻空間中，電磁振源作在無自由電荷、傳導(dǎo)電流的均勻空間中，電磁振源作簡諧振動(dòng)，且波沿簡諧振動(dòng)，且波沿X軸傳播：軸傳播：vHEXYZo基本性質(zhì)：基本性質(zhì)：(4)波速波速 為有限值為有限值,真空中真空中 1v80012.9979 10mCs （1電磁波是橫波，電磁波是橫波， ， ， 兩兩相互垂直。兩兩相互垂直。EHv（2偏振性，偏振性， ， 分別在各自的平面方向上振動(dòng)。分別在各自的平面方向上振動(dòng)。 EH（3） ， 同相變化。且同相變化。且EHEHXYZovEEvHH（5 5電磁波的傳播不需要介質(zhì)，電磁波既可以在介質(zhì)中電磁波的傳播不需要介質(zhì)，電磁波既可以在介質(zhì)中傳播也可以在真空中傳播。電磁波的這個(gè)性質(zhì)與機(jī)械波是傳播也可以在真空中傳播。電磁波的這個(gè)性質(zhì)與機(jī)械波是完全不同的。完全不同的。 2、電磁波的能量、電磁波的能量2211()22emEHDEBH（1）、空間中電磁波的能量密度：）、空間中電磁波的能量密度：空間中某一區(qū)域內(nèi)電磁波能量：空間中某一區(qū)域內(nèi)電磁波能量：WdV（2）、輻射強(qiáng)度：）、輻射強(qiáng)度：單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于傳播方向單位面積的輻射能電磁單位時(shí)間