大学物理-第23章麦克斯韦方程组与电磁波ppt课件

1、二十三、电磁场和电磁波二十三、电磁场和电磁波（一电场、磁场知识的回顾（一电场、磁场知识的回顾基本概念：位移电流、坡印亭矢量计算）基本概念：位移电流、坡印亭矢量计算）基本规律：麦克斯韦方程组了解物理意义）基本规律：麦克斯韦方程组了解物理意义）1、电场方面、电场方面电场可分为库仑场和有旋场感生电场），一般是电场可分为库仑场和有旋场感生电场），一般是它们的叠加：它们的叠加：EEE库感DDD库感库仑场遵循：库仑场遵循：高斯定理高斯定理环路定理环路定理SDdSq 库0LEdl库有旋场遵循：有旋场遵循：高斯定理高斯定理环路定理环路定理0SDdS 感LSBEdldSt 感一般电场遵循：一般电场遵循：SSSD

2、 dSDdSDdSq 库感LLLSBE dlEdlEdldSt 库感2、磁场方面、磁场方面稳恒磁场遵循的高斯定理：稳恒磁场遵循的高斯定理：0B dS稳恒磁场遵循的环路定理：稳恒磁场遵循的环路定理：iLiH dlI 问题：非稳恒情况如何？问题：非稳恒情况如何？（二位移电流及其所激发的磁场（二位移电流及其所激发的磁场1()LSH dli面2()0LSH dl面1、位移电流、位移电流为解决这一矛盾，麦克斯韦提出为解决这一矛盾，麦克斯韦提出位移电流假说。位移电流假说。dDdtRDI(a)充电时充电时dDdt(b)放电时放电时RIDqDSDD SSq1(dDddqIjdtdtdt SS传导电流密度）(D

3、ddqIdtdt传导电流强度）位移电流密度位移电流密度位移电流强度位移电流强度ddDjdtDddIdt 电场中某点的位移电流密度等于该点的电位移矢电场中某点的位移电流密度等于该点的电位移矢量对时间的变化率；通过电场中的某截面的位移电流量对时间的变化率；通过电场中的某截面的位移电流强度等于通过该截面的电位移通量对时间的变化率。强度等于通过该截面的电位移通量对时间的变化率。2、全电流、全电流电路中同时有传导电流和位移电流，称全电流。电路中同时有传导电流和位移电流，称全电流。ddDjjjjdt全DddIIIIdt全和和那么那么 ， 在整个回路中仍然是连续的。在整个回路中仍然是连续的。j全I全定义定义

4、:3、位移电流的磁场、位移电流的磁场传导电流的磁场安培环路定律）传导电流的磁场安培环路定律）则位移电流的磁场：则位移电流的磁场：iLH dlIDddLdHdlIdt全电流的安培环路定律：全电流的安培环路定律：()()DLdHdlIIIIdtd全全4、传导电流与位移电流的区别与联系：、传导电流与位移电流的区别与联系：（1）、产生原因不同：传导电流由电荷定向运动产生；）、产生原因不同：传导电流由电荷定向运动产生； 位移电流由变化着的电场产生。位移电流由变化着的电场产生。（2）、传导电流在导体中产生焦耳热；而位移电流不会。）、传导电流在导体中产生焦耳热；而位移电流不会。（3）、在真空和电介质中主要是

5、位移电流；导体中主要）、在真空和电介质中主要是位移电流；导体中主要是传导电流。是传导电流。（4）、在高频电流情况下，导体内位移电流和传导电流）、在高频电流情况下，导体内位移电流和传导电流同样同样 起作用。起作用。（5）、相同的是都产生涡旋的磁场，并符合右手螺旋。）、相同的是都产生涡旋的磁场，并符合右手螺旋。（三麦克斯韦方程组（三麦克斯韦方程组1、高斯定理高斯定理环路定律环路定律库仑场库仑场int0qEdS库0LEdl库涡旋场涡旋场0EdS涡BEdldSt涡int0qE dS总BEdldSt总总电场总电场稳恒电稳恒电流磁场流磁场0BdS稳iLHdlI稳位移电位移电流磁场流磁场0B dSddLHd

6、lId总磁场总磁场0B dS总()DLdHdlIdt总2、麦克斯韦方程组、麦克斯韦方程组1865） DdSq总 BEdldSt 总方程1阐明：在任何电场包括库仑场、涡旋场或二者的叠加场中，通过任意封闭曲面的电位移通量等于该封闭曲面所包围的自由电荷代数和。0 BdS总(1)(3)(2)(4)DEBHjE三个介质方程三个介质方程()DLdHdlIdt总方程2是法拉第电磁感应定律，反映了变化磁场和电场的关系。式2阐明：在任何电场包括库仑电场、涡旋电场或二者的叠加场中，电场强度沿任意闭合曲线的线积分等于穿过该曲线所包围的面积的磁通量对时间的变化率的负值。方程3阐明：在任何磁场包括稳恒电流的磁场、位移电

7、流的磁场或二者的叠加场中，通过任意封闭曲面的磁通量恒等于零。它表明磁场是无源场。方程4阐明：在任何磁场(包括稳恒电流的磁场、位移电流的磁场或者二者的叠加场中，磁场强度沿任意闭合曲线的线积分等于穿过该闭合曲线所包围面积的全电流代数和。方程4即全电流定律，它反映了变化的电场与磁场的关系。（四电磁波（四电磁波 变化着的电场和磁场相互激发、交替产生、由近及远变化着的电场和磁场相互激发、交替产生、由近及远地以有限的速度在空间中传播，就形成了电磁波。地以有限的速度在空间中传播，就形成了电磁波。2222210EExvt2222210HHxvt其中波速其中波速1v0cosxEEtv0cosxHHtv解为解为且

8、有且有00EH1、电磁场的传播、电磁场的传播电磁波电磁波 在无自由电荷、传导电流的均匀空间中，电磁振源作在无自由电荷、传导电流的均匀空间中，电磁振源作简谐振动，且波沿简谐振动，且波沿X轴传播：轴传播：vHEXYZo基本性质：基本性质：(4)波速波速 为有限值为有限值,真空中真空中 1v80012.9979 10mCs （1电磁波是横波，电磁波是横波， ， ， 两两相互垂直。两两相互垂直。EHv（2偏振性，偏振性， ， 分别在各自的平面方向上振动。分别在各自的平面方向上振动。 EH（3） ， 同相变化。且同相变化。且EHEHXYZovEEvHH（5 5电磁波的传播不需要介质，电磁波既可以在介质中电磁波的传播不需要介质，电磁波既可以在介质中传播也可以在真空中传播。电磁波的这个性质与机械波是传播也可以在真空中传播。电磁波的这个性质与机械波是完全不同的。完全不同的。 2、电磁波的能量、电磁波的能量2211()22emEHDEBH（1）、空间中电磁波的能量密度：）、空间中电磁波的能量密度：空间中某一区域内电磁波能量：空间中某一区域内电磁波能量：WdV（2）、辐射强度：）、辐射强度：单位时间内通过垂直于传播方向单位面积的辐射能电磁单位时间