电磁振荡和电磁波09教学提纲.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电磁振荡和电磁波09,Maxwell,位移电流假设,:,B,A,-,+,I,c,I,D,j,c,j,c,或者,:,可认为在两板间中断的传导,且,d,D,/d,t,的方向与,D,的方向相反,.,电流由,d,D,/d,t,来接替了,.,电场中某一点位移电流密度,j,D,等于该点电位移矢量对时间的变化率,;,通过电场某一截面的位移电流,I,D,等于通过该截面电位移通量,对时间的变化率，即,故中断了的传导电流,I,0,由位移电流,I,D,连续下去,(,电流连续,).,I,D,下页,上页,结束,返回,11.1.2,全电流的安培环路定理,若电路中同时存在传导电流,I,0,和位移电流,I,D,磁场强度沿任意闭合回路的环流等于穿过此闭合回路所围曲面的全电流,全电流安培环路定理,.,则，,I,s,=I,0,+I,D,叫全电流,定理右边第一项表示传导电流对磁场环流的贡献,.,定理右边第二项表示位移电流对磁场环流的贡献,.,它们都满足右手关系,:,H,j,c,H,下页,上页,结束,返回,传导电流与位移电流的比较,理论和实践都证明,:,导体内的变化电场所产生的位移电流几乎为零，完全可以忽略不计,.,(1),在对磁场环流的贡献,两者等效,;,(2),传导电流意味着电荷的流动,位移电流意味着电场的变化,;,(3),传导电流通过导体时放出焦耳热,位移电流不产生焦耳热,;,(4),通常电介质内主要是位移电流,导体中主要是传导电流,.,下页,上页,结束,返回,11.1.3,麦克斯韦方程组,1.,静电场的高斯定理,2.,静电场的环流定理,3.,磁场的高斯定理,4.,安培环路定理,2,静电场的环流定理,4,安培环路定理,静电荷激发的电场和恒定电流激发的磁场的基本方程,:,麦克斯韦引入涡旋电场概念，静电场环路定理修改为,(,有源场,),(,无旋场,),(,有旋场,),下页,上页,结束,返回,电磁场的四个基本方程,它是对电磁场基本规律所作的总结性、统一性的简明而完美的描述,.,1.,电场的高斯定理,3.,磁场的高斯定理,2.电磁场的环流定理,4.,电磁场的安培环路定理,上述四个方程构成,Maxwell,方程组的积分形式,.,相应的还有四个微分形式的方程,下页,上页,结束,返回,11-2,电磁振荡与电磁波,11.2.0,无阻尼自由电磁振荡,K,右图为,LC,电磁振荡电路,+,-,L,A,B,C,K,先给电容器充电,使电势差为,U,0,转换开关,使之成为纯,LC,电路,.,C,A,B,L,+,Q,0,-,Q,0,图,(,a,),如图,(,a,),极板上有电荷,Q,0,电场的能量全部集中在两板间,.,此时作为计时起点,t,=0,I,=0,下页,上页,结束,返回,C,A,B,L,图,(,b,),-,Q,0,+,Q,0,C,A,B,L,图,(,c,),C,A,B,L,图,(,d,),图,(b),开始放电,由于自感的反抗,电流从零逐渐增加,Q,减少,.,t=T/4,时,电流最大,电能变为磁能,.,I,+,Q,0,-,Q,0,电流最大后,由于自感的作用,给电容器反向充电,.,图,(c).,t=T/2,时,磁能又转换成电能,.,电容器又放电,t=3T/4,时,图,(d),电场能又转换成磁场能量,.,只要无阻尼,电荷,电流,电能,磁能,.,I,都一直作周期性变化,(,振荡,).,I,LC,电路充放电过程,下页,上页,结束,返回,11.2.1,电磁波,Maxwell,理论表明变化的电磁场在空间传播,形成电磁波,.,一,电磁波的产生和传播,利用电磁波辐射,装置,产生电磁波,.,电磁波辐射装置即开放的,LC,电磁振荡电路,.,L,C,+,-,LC,振荡电路,+,-,缩小极板，,开放电磁场,+,-,进一步变化,+,-,形成电偶极子,振荡电偶极子可以作为发射电磁波的天线,.,下页,上页,结束,返回,发射无线电短波的电路示意图,电源,L,C,R,LC,振荡器,传输线,偶极子天线,电磁波,振荡偶极子类似一个正负电荷相对中心作谐振动的弹簧,可激发涡旋电场,.,电偶极矩,:,p,=,p,0,cos,t,下页,上页,结束,返回,振荡电偶极子周围的电磁场,由于电场是变化的,因此变化的电场周围有变化的磁场,.,电场线与磁场线构成相互垂直的同心圆,.,电场线,磁场线,p,(1),在远区,电场线是闭合的；,(2),很远区,波面趋于球形,;,u,(3),磁场线是环绕电偶极子的同心圆,.,下页,上页,结束,返回,电磁波的传播,采用极坐标系,电矩,p,方向沿极轴,在,r,处,E,H,r,三者,如图,p,0,E,H,r,u,O,极轴,(1),E,H,u,三者互相垂直,满足右手关系,;,式中,u,为电磁波的传播速度,.,在很远区,:,x,E,H,u,(2),可证明,E,、,H,大小为：,下页,上页,结束,返回,二,.,平面电磁波的,特性,5.,真空中电磁波的传播速度等于真空中的光速,.,在空气中,电磁波的速度近似等于真空中的光速,.,5.,电磁波的频率等于振荡电路偶极子的频率,1.,电磁波是横波,.,E,、,H,、,u,三者垂直,构成右手螺旋系,2.,E,和,H,只在各自平面内振动,.,即电磁波具有偏振性,.,4.,E,和,H,的数值成比例,.,E,和,H,的振幅正比于频率的平方,.,3.,E,和,H,同相位,.,即,E,和,H,始终同步变化,.,下页,上页,结束,返回,三,.,电磁波的能量,电磁波的传播就是能量的传播,传播的能量叫辐射能,.,1.,电磁波能量密度,2.,能流密度,(,或辐射强度,),dA,udt,S,=EH,能流密度矢量,S,也叫坡印廷矢量,下页,上页,结束,返回,3.,平均辐射强度,(,对时间平均,),S=E,H,S,E,H,4.,辐射功率,(,单位时间的辐射能,),若,S,球面辐射,则采用球坐标,平均辐射功率,平均辐射功率与频率的四次方成正比,.,S,的方向就是电磁波的传播方向,.,所以,:,下页,上页,结束,返回,四,.,电磁波谱,电磁波的范围很广,从无线电波到,射线都是电磁波,.,把电磁波按波长,(,或频率,),大小依次排列成表,叫电磁波谱,.,电磁波谱,真空中的波长,主要产生方式,无线电波,310,3,m0.1m,由电子线路中电磁振荡所激发的电磁辐射,红外线,0.76600,m,由炽热物体、气体放电或其它光源激发分子或原子等微观客体所产生的电磁辐射,.,可见光,760nm400nm,紫外线,400nm5nm,X,射线,5nm0.04nm,高速电子轰击原子中内层电子产生的电磁辐射,射线,0.04nm,以下,原子衰变时发出的电磁波,下页,上页,结束,返回,此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢,