清华大学大学物理电磁学课件-08电

1、1电磁辐射电磁辐射第十一章第十一章（Electromagnetic Field）电磁场电磁场211.1 位移电流位移电流（书（书17.7节）节） 11.2麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组 （书（书21.1节）节）11.3 电磁波电磁波11.4 电磁辐射电磁辐射本章目录本章目录前前 言言3 本章将全面介绍电磁场的基本规律本章将全面介绍电磁场的基本规律 为比较集中地和简洁地给出这些规律，为比较集中地和简洁地给出这些规律，不按照书上的顺序和讲法，不按照书上的顺序和讲法， 而是将有关材料重新而是将有关材料重新麦克斯韦电磁场方程组，麦克斯韦电磁场方程组，并阐明电磁波的性质并阐明电磁波的性质我们我们加以组织。

2、加以组织。和电磁场的相对性。和电磁场的相对性。前前 言言411.1 位移电流位移电流(displacement current)（书（书8.5节）节） 变化磁场可以激发电场。变化磁场可以激发电场。 反过来，变化电场是否反过来，变化电场是否也可以激发磁场呢？也可以激发磁场呢？情况导线周围的磁场相同，情况导线周围的磁场相同，说明电容器说明电容器C中的变化电场中的变化电场下面进行定量的分析：下面进行定量的分析：也像电流那样能激发磁场。也像电流那样能激发磁场。图（图（A）、（）、（B）中两种）中两种线线BI0(t)Cq0(t)(A)I0(t)(B)E(t)5q0(t) S板板CD(t)SI0(t)麦克

3、斯韦认为：麦克斯韦认为：（这是一种假设性的推广）。（这是一种假设性的推广）。高斯定理也适用于变化电场高斯定理也适用于变化电场定义：定义：位移电流位移电流 tqICtqstDSdd)(d)(000：对对 stDISd0 stDSd 板板 sjstDISdSddd 位移电流密度位移电流密度 tDjd 引入引入 Id 后，在以上情况下有后，在以上情况下有 I0 = Id 。6在非稳恒情况下在非稳恒情况下I0 + Id是连续的。是连续的。 内内0dIlHL（稳恒）（稳恒）内内)(d0dLIIlH （非稳恒）（非稳恒）stDjlHSLd)(d0 即即 全电流定律全电流定律可同时存在于同一处。可同时存在于

4、同一处。）（和和tDjjd 0 位移电流在产生磁场上与传导电流虽有相同位移电流在产生磁场上与传导电流虽有相同的效果，的效果，但本质上是不同的。但本质上是不同的。位移电流不产生位移电流不产生焦耳热，焦耳热，也不产生化学效应（如电解）。也不产生化学效应（如电解）。7PED 0 tPtEjd 0 电场变化电场变化微观上的微观上的电荷移动电荷移动在空间没有传导电流的情况下，在空间没有传导电流的情况下，tstDlHDSL dddd tstBlESLdddd 感感类比：类比：二者形式上是对称的。二者形式上是对称的。这恰恰反映了能量转化和守恒的规律：这恰恰反映了能量转化和守恒的规律：公式中差了一个负号，公式

5、中差了一个负号，有：有：8磁场的增加以电场的削弱为代价（能量守恒）。磁场的增加以电场的削弱为代价（能量守恒）。反反向向与与感感EE线线感感E )(tBH ， )(tDE ，例如图示情况：例如图示情况：9 例例 一极板半径为一极板半径为R的的平板电容器均匀充电，平板电容器均匀充电，电容器内部充满均匀介质。电容器内部充满均匀介质。求：求：Id 和和 BP ( ( r l 31电荷振动造成电荷振动造成 p 的变化的变化 ：qatlqp 22dd 这说明这说明电荷加速运动就会辐射电磁场。电荷加速运动就会辐射电磁场。32 在环形加速器中在环形加速器中 ， v aS的分布如图示。的分布如图示。计算表明，对

6、电子有：计算表明，对电子有：E = 2.8 GeV，； rad10240 有一种有一种同步同步加速器专门产生这种辐射加速器专门产生这种辐射 这是一种新型光源，强度极高、方向性好。这是一种新型光源，强度极高、方向性好。（见书（见书P226227）Ecme/20 辐辐射射角角宽宽度度me 是电子静质量，是电子静质量，E是电子能量是电子能量 0 辐射角宽度辐射角宽度能量能量Ev0 aq O BEPC： 同步辐射同步辐射 （synchrotron radiation），），33北京正负电子对撞机北京正负电子对撞机（BEPC）（储存环周长（储存环周长240m，电子最大能量，电子最大能量 2.8GeV）34 轫致辐射轫致辐射（deceleration ridiation ）带电粒子射入物质中发生剧烈碰撞，产生很大带电粒子射入物质中发生剧烈碰撞，产生很大的加速度。这样形成的辐射叫的加速度。这样形成的辐射叫轫致辐射。轫致辐射。电子电子打入金属靶产生的轫致辐射就是打入金属靶产生的轫致辐射就是X射线。射线。+-KAX射线射线X X射线管射线管X射线波长射线波长