第十五章 电磁场理论的基本概念

1、1,第十五章 电磁场理论的基本概念,2, 15.2 电磁波的辐射和传播, 15.1 麦克斯韦方程组,3,教学要求,1. 理解位移电流及全电流定律； 2. 理解麦克斯韦方程组的积分形式； 能总结电磁场理论的基本概念。,4,1.电磁场基本规律小结,15.1 麦克斯韦方程组,（1）静电场和静磁场的基本规律,静电场,静磁场,5,（2）感生电场的基本规律,变化的磁场产生电场，感生电场有如下性质,变化的电场能否产生磁场?,?,6,恒定电流条件下：,非恒定电流情形：,对S1面,对S2面,二者产生矛盾,2. 位移电流,（分析电容器充电过程）,7,电容器充放电时：,某时刻极板上的电荷面密度为，,极板间的电位移矢

2、量大小为D= ，且 的方向总与导线中的电流方向一致，,8,位移电流（displacement current）假设(麦克斯韦)：,位移电流密度：,变化的电场本身也是一种电流。,通过电场中某一截面的位移电流等于通过该截面的电位移通量的时间变化率。,9,全电流：传导电流、位移电流的总和。,全电流在空间永远是连续的闭合电流。,全电流定律：,电容器充电时：,10,注意: （1）位移电流反应变化的电场，不表示有电荷的定向运动；有变化的电场，就有位移电流； （2）位移电流在导体中没有焦耳热。 （3）位移电流与传导电流一样激发磁场； （4）麦克斯韦提出的位移电流最初为假说，后来的实验和实际应用证明它是正确的

3、.,11,3. 麦克斯韦方程组,在一般情况下，空间的电磁场包含两部分，(1)一部分是由电荷及传导电流产生的;(2)另一部分是由变化的电场或磁场产生的，即有:,12,综合以上可得,（麦克斯韦方程组的积分形式）,13,（1）麦克斯韦方程组的物理意义：,反映一般情况下电流电荷产生电磁场以及电磁场相互激发的规律.,(2)预言了电磁波的存在； (3)光是一种电磁波.,14,1.振荡电偶极子辐射的电磁波,15.2 电磁波的 辐射和传播,按麦克斯韦电磁理论，当空间某区域内有随时间变化的电流或电荷分布时，空间将产生变化的电磁场。而变化的电磁场又可交替地激发，从而使得电磁场将由近及远地向整个空间传播。 电磁场的

4、传播过程称为电磁波。,15,电磁场的传播的简单例子是振荡电偶极子辐射 的电磁波。,16,设有一电偶极子，其电矩为 ，若 ，这种电偶极子称为振荡电偶极子 .,17,在远离电偶极子的空间的任意一点处，任意一时刻的电场和磁场的方向如图所示，且大小为,（平面电磁波的波动方程）,18,2. 平面电磁波的基本性质,19,3. 电磁波的能量,以电磁波的形式传播出去的能量称为电磁波的 辐射能.电磁波传播的区域中，单位体积内电磁场的 能量称为电磁波的能量密度.其表达式如下,在单位时间内，通过垂直于电磁波传播方向上 的单位面积播出去的电磁能称为电磁波的能流密度 (电磁波的强度)，用S表示：,（矢量S电磁波的能流密

5、度矢量或为坡印廷矢量 ）,20,4. 电磁波谱,在真空中，各种电磁波都具有相同的传播速度，将各种电磁波按照波长或频率的大小顺序排列起来，就形成了电磁波谱.如下图,21,电磁波谱大致分区及各区域的用途：,（1）无线电波和微波：长波 ，主要用于远洋长距离通讯；中波 和短波 主要用于无线电广播、电报；超短波 和微波 主要用于电视、雷达、无线电导航等。 （2）红外线 ：主要应用于红外侦察、红外制导、红外热成像、红外报警等。 （3）可见光 ：人眼敏感区。 （4）紫外线 ：紫外线有显著的生理作用和荧光效应，可用于杀菌。太阳发射的紫外线由于被大气层的臭氧吸收而不至于危及地球上的生命。,22,（5）X射线， ，又叫伦琴射线)：X射线通常是由高速电子流轰击金属而产生的，具有很强的穿透力，能使照相底片感光，使荧光物质发光，可用于医疗检查、金属探伤、晶体分析等。 （6） 射线 ： 射线通常是在核反应以及其它高能