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1、2019 春季学期 陈信义编,电磁学（第三册）,第11章 麦克斯韦方程组 和电磁辐射,1,2019 春季学期 陈信义编 电磁学（第三册）第11章 麦克,目 录,【演示实验】电磁波的发射与接收（灯泡）,2,目 录11.1 麦克斯韦方程组11.3 平面电磁,11.1 麦克斯韦方程组,麦克斯韦总结了库仑、安培和法拉第等人的电磁学研究成果，归纳出了电磁场的基本方程组。,1862年麦克斯韦预言了电磁波的存在，论证了光是一种电磁波。,1888年赫兹用实验证实电磁波的存在。,麦克斯韦,3,11.1 麦克斯韦方程组 麦克斯韦总结了库仑、安培和,一、真空中电磁学基本规律,4,一、真空中电磁学基本规律4,电场的高
2、斯定理：电荷总伴随有电场。,任何电场都满足高斯定理。,感应电场场线一定闭合、无头无尾。,5,电场的高斯定理：电荷总伴随有电场。任何电场都满足高斯定理。感,法拉第电磁感应定律：变化的磁场会激发（伴随有）感应电场。,任何电场都满足法拉第电磁感应定律。,6,法拉第电磁感应定律：变化的磁场会激发（伴随有）感应电场。任何,磁通连续定理：磁场场线一定闭合、无头无尾。不存在单一的“磁荷”磁单极子。,安培环路定理：磁场与电流及变化的电场的关系。,7,磁通连续定理：磁场场线一定闭合、无头无尾。不存在单一的“磁荷,二、介质中电磁学基本规律,8,二、介质中电磁学基本规律8,9,边界条件：（界面上无自由电荷）（界面上
3、无传导电流）9,10,介质性质方程：（各向同性线性介质）E ：恒定电场，K ：非静,洛仑兹力公式：,11,电流的连续性方程：dSJ电荷守恒微分形式洛仑兹力公式：11,11.2 加速运动电荷辐射电磁波,电磁辐射总是和电荷的加速运动相联系。,+静止电荷的电场不传播+vBE匀速运动电荷的电磁场随电荷运动,电荷运动的信息尚未传到球面外。,内区：匀速运动点电荷电场 v c，近似静电场。,高斯定理：无电荷区域电力线连续,加速引起的过渡区,外区：静电场,13,电荷运动的信息尚未传到球面外。内区：匀速运动点电荷电场 v,过渡区以光速扩大 形成电磁波,辐射总功率,，其中a为电荷的加速度。,14,过渡区以光速扩大
4、 形成电磁波加速引起的过渡区OP Q c,1886年29岁的赫兹发现：当电池通过一对线圈中的一个放电时，在另一个线圈里产生火花。,1888年他总结出：电磁感应是以波动形式传播的，并第一次使用了“电磁波”一词。,【演示实验】电磁波的发射与接收（灯泡）,赫兹,15,1886年29岁的赫兹发现：当电池通过一对线圈中的一,振荡偶极振子发射的电磁波,振荡电偶极矩：,偶极子附近电场线的变化,16,振荡偶极振子发射的电磁波 振荡电偶极矩：偶极子附近电场线的变,17,电场线磁场线EBEBE17,功率大、准直性好、较宽连续频谱（X射线范围）、高度偏振性。,同步辐射光源,18,功率大、准直性好、较宽连续频谱（X射
5、线范围）、高度偏,轫致辐射（deceleration ridiation ）,19,轫致辐射（deceleration ridiation ）,11.3 平面电磁波,B,C,E,例：振荡电偶极子的远场,近似的平面电磁波,20,BEp11.3 平面电磁波BCE例：振荡电偶极子的远场近,21,1、横波性真空中的光速EB21,2、在空间同一点,E 和B相互垂直，同频率，同相位地变化。,B的作用远小于E的作用,22,2、在空间同一点E 和B相互垂直，同频率，同相位地变化。EB,11.4 电磁波的能量和动量,一、能量密度,23,11.4 电磁波的能量和动量 一、能量密度23,24,二、能流密度DcctD
6、Au三、能流密度矢量坡印庭（Poyn,【例】电容充电过程的能量传输,25,设 ，则【例】电容充电过程的能量传输EBi(t)A25,【思考】放电过程能流的方向？,能量从侧面流入电容器。,26,【思考】放电过程能流的方向？能量从侧面流入电容器。坡印庭矢量,四、电磁波的动量密度,能量密度：,动量密度：,27,四、电磁波的动量密度 能量密度：动量密度：27,辐射压强（光压）：,垂直射到完全反射表面,28,辐射压强（光压）：“绝对”黑 p全吸收垂直射到“绝对”黑的表,1899年列别捷夫首次测定了光压,离100W灯泡1m,你相信电磁波有动量吗？,29,1899年列别捷夫首次测定了光压离100W灯泡1m小镜
7、悬丝,30,彗星尾的形成 彗星尾由尘埃组成。当彗星运行到太阳附近，,10,3,10,6,10,9,10,12,10,15,10,22,10,3,10,0,10,6,10,9,10,13,10,5,10,2,HZ,1K,HZ,1M,HZ,1G,HZ,1T,1km,1m,1cm,1,1nm,A,0,1,m,X 射线,紫外线,可见光,红外线,微 波,高频电视,调频广播,雷达,无线电射频,电力传输,射线,电磁波谱,频率,波长,31,103106109101210151022103100106,量子场论：带电粒子用量子力学描述；光子(电磁量子)在空间的传播用麦克斯韦方程组描述；带电粒子之间的电磁相互作用用交换光子的方式描述。,经典电磁学适用的范围,经典电磁学适用于：光的粒子性和带电粒子的波动性都不显著的过程。,32,量子场论：带电粒子用量子力学描述；光子(电磁量子)在空间,麦克斯韦方程组详细介绍共33张课件,
