平面電磁波的波動(dòng)方程

關(guān)于平面電磁波的波動(dòng)方程第一頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日平面電磁波的波動(dòng)方程討論一維問(wèn)題,場(chǎng)量E和H是坐標(biāo)x和時(shí)間t

的函數(shù)：第二頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日

討論一維問(wèn)題,場(chǎng)量E和H是坐標(biāo)

x

和時(shí)間

t

的函數(shù)。前述方程組可簡(jiǎn)化為：平面電磁波的波動(dòng)方程表明變化電磁場(chǎng)

Ey和Hz是按波動(dòng)形式傳播。場(chǎng)量E和H在x方向的分量是常數(shù)。第三頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日去掉Ey和Hz的下標(biāo)

y

和

z，得（E沿y方向）（H沿z方向）平面電磁波的波動(dòng)方程平面電磁波的波動(dòng)方程電磁波的波速真空中的波速第四頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.電磁波的性質(zhì)沿

x

軸正方向傳播的平面余弦電磁波特解：據(jù)計(jì)算出H：H和E有相同的頻率,且兩者同相位，二者滿(mǎn)足：第五頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日平面簡(jiǎn)諧電磁波的傳播(1)電磁波的電場(chǎng)和磁場(chǎng)都垂直于波的傳播方向,三者相互垂直,并構(gòu)成右手螺旋關(guān)系。電磁波是橫波。電磁波的一般性質(zhì)：電磁波的性質(zhì)第六頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日(4)任一時(shí)刻、空間任一點(diǎn),E和H在量值上滿(mǎn)足(2)沿給定方向傳播的電磁波,E和H分別在各自平面內(nèi)振動(dòng)，這種特性稱(chēng)為偏振。(3)E和H作周期性的變化，而且相位相同，同地同時(shí)達(dá)到最大，同地同時(shí)減到最小。(5)電磁波的傳播速度

通常

和與電磁波的頻率有關(guān)，在介質(zhì)中不同頻率的電磁波具有不同的傳播速度，此即電磁波在介質(zhì)中的色散現(xiàn)象。電磁波的性質(zhì)第七頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日3.電磁波的能量

電磁波所攜帶的電磁能量，稱(chēng)為輻射能。單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于傳播方向的單位面積的輻射能,稱(chēng)為能流密度或輻射強(qiáng)度。電場(chǎng)和磁場(chǎng)的能量體密度分別為電磁場(chǎng)的總能量體密度：

輻射能量的傳播速度是電磁波的傳播速度，輻射能的傳播方向是電磁波的傳播方向。第八頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日電磁波的能量dA—P點(diǎn)處垂直于電磁波傳播方向的微小面積空間某點(diǎn)輻射強(qiáng)度的計(jì)算dl—底面積為dA的小長(zhǎng)方

體的高dAPdl小長(zhǎng)方體中的電磁能量為w

dA

dl

P點(diǎn)處的輻射強(qiáng)度S：

波速第九頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日利用得

輻射能的傳播方向、E的方向及H的方向三者相互垂直，輻射強(qiáng)度用矢量式表示為：輻射強(qiáng)度矢量S也稱(chēng)為坡印廷()矢量。電磁波的能量第十頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日考慮平面余弦電磁波的情形據(jù)輻射強(qiáng)度計(jì)算公式，得

取一個(gè)周期內(nèi)的平均值，的時(shí)間平均值為1/2，平均輻射強(qiáng)度因

以及，得電磁波的能量與振幅平方成正比！第十一頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日4.電磁波的輻射提高振蕩電流輻射電磁場(chǎng)的方法

任何振動(dòng)電荷或電荷系都是發(fā)射電磁波的波源，如天線(xiàn)中振蕩的電流、原子或分子中電荷的振動(dòng)都會(huì)在其周?chē)臻g產(chǎn)生電磁波。ILC+q-q

振蕩偶極子：電流在直線(xiàn)形電路中往復(fù)振蕩,兩端出現(xiàn)正負(fù)交替的等量異號(hào)電荷。第十二頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日電磁波的輻射

赫茲在1888年采用振蕩偶極子，實(shí)現(xiàn)了發(fā)送和接收電磁波。采用下圖裝置，證實(shí)了振蕩偶極子能夠發(fā)射電磁波。赫茲播放視頻：來(lái)自空中的能量第十三頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日

電磁理論證明,振蕩偶極子在單位時(shí)間內(nèi)輻射的能量與頻率的四次方成正比。為有效輻射電磁能量，要求：(1)振蕩電路中所產(chǎn)生的電場(chǎng)和磁場(chǎng)必須散布到周?chē)目臻g中(2)提高輻射頻率振蕩偶極子電矩：

一條閉合電場(chǎng)線(xiàn)的形成過(guò)程電磁波的輻射第十四頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日

振蕩電偶極子不僅產(chǎn)生電場(chǎng)，而且產(chǎn)生磁場(chǎng)。振蕩電偶極子周?chē)碾姶艌?chǎng)線(xiàn)如下圖示：電磁波的輻射第十五頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日5.電磁波譜電磁波譜:按照頻率或波長(zhǎng)的順序把電磁波排列成圖表。第十六頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日電磁波譜名稱(chēng)長(zhǎng)波中波中短波短波米波

微波分米波厘米波毫米波波長(zhǎng)30000-3000m3000-200m200-50m50-10m10-1m1m-10cm10-1cm1-0.1cm頻率10-100kHz100-1500kHz1.5-6MHz6-30MHz30-300MHz300-3000MHz3000-30000MHz30000-300000MHz主要用途越洋長(zhǎng)距離通信和導(dǎo)航無(wú)線(xiàn)電廣播電報(bào)通信無(wú)線(xiàn)電廣播、電報(bào)通信調(diào)頻無(wú)線(xiàn)電廣播、電視廣播、無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航電視、雷達(dá)、無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航及其他專(zhuān)門(mén)用途各種無(wú)線(xiàn)電波的范圍及用途第十七頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日0.400.450.500.550.600.650.700.75紫藍(lán)青綠黃橙紅可見(jiàn)光能使人眼產(chǎn)生視覺(jué)效應(yīng)的電磁波段。紅外線(xiàn)波長(zhǎng)范圍在0.76～750mm之間的電磁波。紅外線(xiàn)最顯著的性質(zhì)是熱效應(yīng)。紫外線(xiàn)波長(zhǎng)范圍在4×10-7～10-9m之間的電磁波。紫外線(xiàn)有明顯的生理作用。電磁波譜第十八頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日X射線(xiàn)(倫琴射線(xiàn))波長(zhǎng)比紫外線(xiàn)更短的電磁波，其波長(zhǎng)范圍在10-7～10-13m之間。X射線(xiàn)具有很強(qiáng)的穿透能力。射線(xiàn)在原子核內(nèi)部的變化過(guò)程(常稱(chēng)衰變)發(fā)出的一種波長(zhǎng)極短的電磁波，其波長(zhǎng)在3×10-8～10-14m以下。

射線(xiàn)可應(yīng)用于對(duì)金屬探傷等，研究

射線(xiàn)可以幫助了解原子核的結(jié)構(gòu)。

電磁波譜第十九頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日X射線(xiàn)(倫琴射線(xiàn))波長(zhǎng)比紫外線(xiàn)更短的電磁波，其波長(zhǎng)范圍在10-7～10-13m之間。X射線(xiàn)具有很強(qiáng)的穿透能力。射線(xiàn)在原子核內(nèi)部的變化過(guò)程(常稱(chēng)衰