等离子体物理导论

主讲 刘万东教授 电动力学Electrodynamics 第五章电磁波辐射 5 3电磁辐射5 4电磁波衍射5 5麦克斯韦张量电磁场对物质的作用力电磁场的动量和动量流密度平面电磁波及辐射压力理想磁流体的平衡及磁张力 第二十三讲 能量的概念不断地扩充 保持能量守恒的信念动能势能 保守力场中可以用动能转换过来的 东西 机械能 热能 宏观的机械能消失后产生的 效应 电磁能 其他能量通过电磁相互作用消失后的 效应 电磁场能量 动量概念 用能量守恒的概念将 能量 的概念赋予电磁场电磁场对物质的作用力作功体现了能量的变化若能量守恒成立 电磁场的能量概念可以确定场是空间分布的 因此有能量密度 能流密度的概念 用动量守恒的概念将 动量 的概念赋予电磁场电磁场对物质的作用力体现了动量的变化若动量守恒成立 电磁场的动量概念可以确立场是空间分布的 因此有动量密度 动量流密度的概念 第二十三讲 回顾 电磁场的能量和能流密度 电磁场对物质 介质 做功的功率密度 电磁场做功 流入电磁能 电磁能消耗 能流密度 能量密度变化率 包含了介质磁化 极化的能量 此能量和电磁场能量相互转换 第二十三讲 纯电磁场的能量和能流密度 第二十三讲 电磁场对物质的作用力 电磁场对物质 介质 作用力 密度 第二十三讲 电磁场的动量和动量流密度 场对物体施力 动量流入 率 动量消耗 率 动量密度 动量流密度张量 电磁场应力张量 麦克斯韦应力张量 动量流密度张量 动量密度与能流密度关系 为单位时间通过此面元的电磁场动量 第二十三讲 考虑介质时电磁场对物质的作用力 电磁场对物质 介质 作用力 密度 第二十三讲 平面电磁波 动量流密度张量 动量流密度 场量子化为光子 能量 动量 第二十三讲 辐射压力 动量流密度张量 通过表面单位面积动量流 表面辐射压强 若电磁波从各方向入射 对立体角平均 有 太阳辐射 能流 辐射压力 激光打靶 能流 辐射压力 第二十三讲 理想磁流体的平衡 磁流体运动方程 稳定态 力的平衡 直柱磁场磁流体平衡 等离子体热压力与磁压力耦合在一起磁压力约束等离子体 第二十三讲 磁张力 磁场应力张量 磁化等离子体像弹性介质磁力线像弹性绳一样具有张力 侧面受压力 上端面受拉力 下端面受拉力 第二十三讲 第23 24讲作业 Page226习题11 13Page290习题1 2 第二十一讲 第六章狭义相对论 6 1相对论原理惯性系和相对性原理光速不变与爱因斯坦相对性原理时间的相对性事件与间隔固有时间6 2洛伦兹变换射6 3相对论力学6 4相对论电动力学 第二十四讲 惯性系和相对性原理 惯性系牛顿第一定律所定义的参考系 其中无外力作用物体作等速运动 最简洁描述物理现象的参考系存在无限多个惯性系 存在吗 相对性原理所有的自然规律在所有的惯性系中都是相同的包括牛顿力学描述的力学规律 应该 包括电磁现象 我们的信念 无特殊的惯性系没有绝对的速度 在船舱中不能通过任何实验确定其速度 物理定律的数学形式与具体的惯性系无关从一个 惯性 系变换到另一个 方程不变 第二十四讲 光速不变与爱因斯坦相对性原理 实验表明 瞬时相互作用不存在存在最大的相互作用传播速度最大的相互作用速度对所有的惯性参考系都是一样的 相对性原理 光速具备此特征 麦克斯韦方程预言的电磁波速度不变 爱因斯坦相对性原理 物理规律在惯性系不变的 相对性原理相互作用传播速度有限性 光速不变 伽利略相对性原理 力学规律在惯性系不变的 相对性原理相互作用瞬态传播 双星现象 迈克尔逊实验 第二十四讲 时间的相对性 经典力学距离是相对的 与参考系有关 不同时事件是否发生在同一点要推敲 时间是绝对的 与参考系无关 伽利略变换 或 爱因斯坦相对性原理下同时的相对性在系 点发出的 光 信号同时到达点和点在系 点发出的 光 信号先到达点后到达点 时间是相对的 第二十四讲 事件与间隔 在不同惯性系中两事件的间隔应有线性关系 两事件的间隔 如果此两事件是光信号的传播 则其间隔为零若两事件的在某惯性系的间隔为零 则在其他惯性系也为零 事件 发生的时间 地点 用四个坐标描述每个事件是此四度空间的一个点 称为 世界点 同样 两个事件的间隔是不变量 与惯性系无关 或 第二十四讲 类时间隔和类空间隔 间隔的类空性或类时性与参考系无关 是绝对的概念 若两事件的间隔为实数 即 称为类时间隔存在一个参考系 在此系中 类时间隔两事件发生在同一空间点 同一物体上发生的两个事件 永远是类时的 某参考系同时发生的两个事件 永远是类空的 若两事件的间隔为虚数 即 称为类空间隔存在一个参考系 在此系中 类空间隔两事件同时发生 第二十四讲 事件相互关系的分类 类空间隔的两事件一定没有因果关系类时间隔的两事件有可能有因果关系 也可以没有 以事件O作为参考事件 其他事件与此事件关系如图 光锥内的事件与事件O的间隔为类时的上半锥 绝对未来 下半锥 绝对过去两事件发生的先后是确定的 光锥外的事件与事件O的间隔为类空的绝对远离 两事件一定在空间不同点可以 同时 可以 早 可以 晚 第二十四讲 直线代表匀速直线运动粒子的轨迹 直线的斜率为速度锥面由光速传播的事件组成 称光锥粒子运动的轨迹在光锥内 固有时间 随某物体一起运动的钟所指示的时间 称为该物体的固有时间物体的运动可以是任意的 每一瞬间钟是惯性系 物体的固有时间间隔 运动物体的固有时间总是小于静止系统的时间间隔 第二十四讲 设在不同的惯性系中间隔的变化关系为 附 间隔惯性系变换应为线性变换 由于惯性系的相对性 比较各阶系数 第二十四讲 双星系统 彼此相互旋转的两颗星旋转速度 到地球的距离 附 双星系统的观察 若光速与发射体相关 则不同的位置发射的光到达地