16 電磁振蕩和電磁波.ppt

第十六章 16 1電磁振蕩16 2電磁波的基本性質 本章作業(yè) 1 4 1 LC振蕩電路 充電 電容器C兩極板間的電壓 U0 e兩極板上等量異號電荷 Q0 Q0 放電 電路無電流 電場能量集中在電容器兩極板間 16 1電磁振蕩 線圈激起磁場 電路中電流逐漸增大 電荷減小 放電終了 電容器電場能量全部轉化為磁場能量 對電容器反向充電 隨著電流的減弱 兩極板上電荷逐漸增多 磁場能量又全部轉化為電場能量 電客器放電 電場能量又轉化為磁場能量 2 幾個基本概念 電磁振蕩 電荷和電流 電場和磁場隨時間作周期性變化的現(xiàn)象 振蕩電路 產(chǎn)生電磁振蕩的電路 無阻尼自由振蕩電路 電路中沒有任何能量耗散 轉換為焦耳熱 電磁輻射等 稱為無阻尼自由振蕩電路 振蕩方程 振蕩電路所遵循的歐姆定律 3 電量 設某時刻電路中電流為i 則自感電動勢 4 電流 把電量對時間求導 說明 電量與電流都作周期性變化 電流相位比電量的相位超前 LC振蕩電路的頻率由振蕩電路本身的性質決定改變電感L或電容C就可以得到所需的頻率 O 5 電磁場能量 電場能量與磁場能量互相轉化 但總能量保持不變 無阻尼自由電磁振蕩是理想化的模型 它要求 電阻為零 不因為產(chǎn)生的焦耳熱而損失電磁能 不存在電動勢 沒有其他的能量轉化為電磁能 電磁還不能以電磁波的形式輻射出去 例 已知LC電路中的電場能量與磁場能量之和為一常量 試由此導出LC電路的振蕩方程 解 電場能量 磁場能量 將上式對t求導 得 例 在LC電路中 已知 初始時兩極板間的電勢差 且電流為零 求 1 振蕩頻率 2 最大電流 當時 16 2電磁波 電場發(fā)生變化 產(chǎn)生變化的磁場 產(chǎn)生新的變化電場變化的電場與變化的磁場交替變化 由近及遠傳播出去 這種變化的電磁場在空間以一定的速度傳播的過程 就是電磁波 產(chǎn)生電磁波的物理基礎 變化的磁場激發(fā)渦旋電場 即感應電場 變化的電場 位移電流 激發(fā)渦旋磁場 LC振蕩電路輻射電磁波的條件 振蕩頻率足夠高 輻射能量與頻率的四次方成正比 因而頻率約高 輻射能量約高 電路開放 LC是集中性元件 電場能量集中在電容器中 磁場能量集中在線圈中 為了把電磁能輻射出去 電路必須是開放型的 LC振蕩電路就演變?yōu)檎袷幣紭O子 一 電磁輻射 不同時刻振蕩電偶極子附近的電場線 振蕩電偶極子附近的電磁場線 二 電磁波的基本性質 1 電磁波的速度 真空中 電磁波是橫波 電矢量 磁矢量與傳播速度垂直 電場與磁場同相位 電場與磁場幅值成比例 以波的形式傳播出去的電磁能量叫做輻射能 能量密度 三 電磁波的能量 波平均能量密度 能流密度 輻射強度 輻射能量與頻率的四次方成正比 輻射能量與距離的平方成反比 坡印廷矢量 對簡諧電磁波 平均輻射強度 波的強度 nm 納米 微毫米 10 9米 四 電磁波譜 電磁波的范圍很廣 為了便于比較 以便對各種電磁波有全面的了解 我們可以按照波長 或頻率 的大小 把它們依次排成波譜 稱為電磁波譜 無線電波 長波 3 103 3 104m 遠洋長距離通訊與導航中波 200 3 103m 航海 航空定向 無線電廣播短波 10 200m 無線電廣播 電極通訊等 超短波 1 10m 電視 雷達電導航微波 0 1cm 1m 電視 雷達電導航紅外線 0 76 600mm熱效應可見光 0 40 0 76mm紫外光