ch14電磁波理論要點.ppt

1、ch14,第十四章 電磁場和電磁波,19世紀(jì)英國偉大的物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家。經(jīng)典電磁理論的奠基人，氣體動理論的創(chuàng)始人之一。 他提出了有旋電場和位移電流概念，建立了經(jīng)典電磁理論，并預(yù)言了以光速傳播的電磁波的存在。他的電磁學(xué)通論與牛頓時代的自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理并駕齊驅(qū)，它是人類探索電磁規(guī)律的一個里程碑。在氣體動理論方面，他還提出氣體分子按速率分布的統(tǒng)計規(guī)律。,麥克斯韋 （1831-1879）,ch14,14-1 位移電流,一、已有的電磁場的基本規(guī)律,二、位移電流 1.問題的提出,ch14,2.問題的解決提出假設(shè),位移電流,全電流,q0,全電流在任何情況下是連續(xù)的,實質(zhì)：變化的電場,E,ch14,三、安培

2、環(huán)路定理的普遍形式,變化的磁場產(chǎn)生電場 感生電場,變化的電場激發(fā)磁場 位移電流,麥克斯韋的貢獻,ch14,例題14.1平行板電容器由半徑為5.0 cm的兩塊圓導(dǎo)體片構(gòu)成，極板間電場強度的時間變化率為dE/dt = 2.01013 V/(ms). 設(shè)充電后電荷在極板上均勻分布，試求：( 1 ) 兩極板間的位移電流Id；( 2 ) 兩極板間磁感應(yīng)強度的分布和極板邊緣處的磁感應(yīng)強度。,本章習(xí)題：14-1，2,14-2 麥克斯韋方程組和邊界條件,ch14,麥克斯韋 方程組,描述介質(zhì)性質(zhì)的方程,ch14,14-3 電磁波,一、自由空間中的電磁波,真空中電磁場的波動方程（沒有自由電荷和傳導(dǎo)電流）,可見，麥

3、克斯韋方程組預(yù)言了電磁波的存在,ch14,二、電磁波的輻射 1.赫茲實驗,1886年29歲的赫茲發(fā)現(xiàn)：當(dāng)電池通過一對線圈中的一個放電時，在另一個線圈里產(chǎn)生火花。,1888年他總結(jié)出：電磁感應(yīng)是以波動形式傳播的，并第一次使用了“電磁波”一詞。,赫茲 （1857-1894）,ch14,2.偶極振子,LC共振電路可以作振源 條件：開放性電路 高頻振蕩 能量供給,偶極振子,3.偶極振子發(fā)射的電磁波,ch14,三、平面電磁波,1. 沿x方向傳播的電磁波,ch14,所以 Ex=0 即無x軸分量,解為,E與x軸垂直,又因為,磁場與電場振動方向和傳播方向垂直,ch14,波速（相速）,r0,2. 沿任意方向傳播

4、的平面電磁波,ch14,3. 自由空間中平面電磁波的主要性質(zhì) 平面電磁波是橫波TEM EB， E B 是傳播矢量的方向 E、B同相位，振幅比等于波速 電磁波的傳播速度,ch14,四、電磁波譜 (Electromagnetic Spectrum ),ch14,太赫茲(THz)頻段是指頻率從十分之幾到十幾太赫茲, 介于毫米波與紅外光之間相當(dāng)寬范圍的電磁輻射區(qū)域。在微電子學(xué)、光電子學(xué)、通信、天文學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)等及由此帶動的交叉研究, 如安全檢測, 特別是對炸藥、毒品等相關(guān)材料的檢測研究中有廣泛應(yīng)用。,ch14,14-4 電磁場的能量和動量,一、電磁場的能量描述,1.電磁能密度,真空中，

5、,ch14,2.電磁能流密度S,3.電磁能流密度矢量 （坡印廷矢量）,表示單位時間內(nèi)流過與能量傳輸方向垂直的單位橫截面積的電磁能量,其方向代表能量的傳輸方向,ch14,偶極振子的平均能流密度,ch14,二、電磁場的動量,輻射壓強：電磁波被物體表面反射或吸收時產(chǎn)生的壓強,輻射壓強,電磁波動量密度,根據(jù)狹義相對論，電磁波能量,所以電磁波動量密度大小為,1899年列別捷夫首次測定了光壓,離100W燈泡1m,你相信電磁波有動量嗎？,ch14,彗星尾的形成,彗星尾由塵埃組成。當(dāng)彗星運行到太陽附近，塵埃顆粒受到太陽光的光壓比引力大，被推向遠(yuǎn)離太陽的方向形成很長的彗星尾，被太陽照得很亮。,ch14,ch14,1979年，首次觀測激光減速原子的效應(yīng)。 朱棣文等曾利用鈉原子噴泉方法，選擇捕集到速度范圍極窄的一群原子，其相應(yīng)溫度僅為24pK。,Laser Cooling and Trapping,磁光阱MOT,ch14,三、電磁場是物質(zhì)的一種形態(tài),能量和動量都是物質(zhì)運動的量度，運動是物質(zhì)的存在形式，運動和物質(zhì)是不可分割的電磁場是一種物質(zhì),量子場論：帶電粒子用量子力學(xué)描述；光子(電磁量子)在空間的傳播用麥克斯韋方程組描述；帶電粒子之間的電磁相互作用用交換光子的方式描述。,經(jīng)典電磁學(xué)適用的范圍,經(jīng)典電磁學(xué)適用于：光的粒子性和帶電粒子的波動性都不顯著的過程。,ch14,第十四章小結(jié),