第九章時變電磁場和電磁波pp

1、第一章第一章 靜電場的基本規(guī)律靜電場的基本規(guī)律第二章第二章 導(dǎo)體周圍的靜電場導(dǎo)體周圍的靜電場第三章第三章 靜電場中的電介質(zhì)靜電場中的電介質(zhì)第四章第四章 恒定電流和電路恒定電流和電路第五章第五章 恒定電流的磁場恒定電流的磁場第六章第六章 電磁感應(yīng)與暫態(tài)過程電磁感應(yīng)與暫態(tài)過程第七章第七章 磁介質(zhì)磁介質(zhì)第八章第八章 交流電路交流電路第九章第九章 電磁場和電磁波電磁場和電磁波1. 位移電流與麥克斯韋方程組位移電流與麥克斯韋方程組2. 平面電磁波平面電磁波3. 電磁場的能量密度和能流密度電磁場的能量密度和能流密度一一. 引言引言二二. 位移電流位移電流三三. 電磁場電磁場四四. 麥克斯韋方程組麥克斯韋方

2、程組變化磁場變化磁場 產(chǎn)生渦旋電場產(chǎn)生渦旋電場變化電場變化電場 產(chǎn)生渦旋磁場產(chǎn)生渦旋磁場qSSD d0d LlEILlH d0dSSBStSBd電場：電場：磁場：磁場：?Maxwell 假設(shè)：變化假設(shè)：變化 D 位移電流位移電流 渦旋磁場渦旋磁場1865 年預(yù)言電磁波的存在，并算出年預(yù)言電磁波的存在，并算出 波速波速 = 光速光速 進(jìn)而提出進(jìn)而提出 光是電磁波光是電磁波1888 年年 赫茲首次實驗證實了電磁波的存在赫茲首次實驗證實了電磁波的存在？ S ：以：以 L 為邊界的任何曲面為邊界的任何曲面 F 穩(wěn)恒電流穩(wěn)恒電流 IILlH dSSj dF 有電容有電容 I = 0F 變化電流變化電流

3、i IS1S2LiiS1dSj0d2SSj矛盾！矛盾！兩極板電荷兩極板電荷 q，兩側(cè)電流相同，兩側(cè)電流相同 i 兩極板之間無電流，但有變化的兩極板之間無電流，但有變化的 D，等效于，等效于 i 通過通過iitqiddtSddtDSdd 則則 j全 = j d + j 全電流全電流 = 位移電流位移電流 + 傳導(dǎo)電流傳導(dǎo)電流qSSD dSSttSDSDddddtqddSSj d0d)(StSjD定義：定義：tdDj 說明說明 j全 閉合（但閉合（但 j 并不閉合）并不閉合） j d 與與 j 在激發(fā)磁場上是等效的在激發(fā)磁場上是等效的 但但 j d 沒有電荷的運(yùn)動，沒有焦耳熱沒有電荷的運(yùn)動，沒有焦

4、耳熱 只是電場隨時間的變化只是電場隨時間的變化 0dSSj全F 變化磁場變化磁場 產(chǎn)生渦旋電場產(chǎn)生渦旋電場F 變化電場變化電場 產(chǎn)生渦旋磁場產(chǎn)生渦旋磁場0d LlEiLlH dStSBdStSDdStSjDd)(Ht EEt B從穩(wěn)恒場推廣到變化場從穩(wěn)恒場推廣到變化場 四個方程四個方程0d LlELlH dStSBdStSjDd)(qSSD d0dSSB加上三個特性方程加上三個特性方程 （介質(zhì)性能）（介質(zhì)性能） 完備完備 D = 0r E B = 0r H j = E 真空中傳播真空中傳播 （ q = 0， j = 0， = 0 ， = 0 ） 方程：方程：SLtSHlEdd0SLtSElHd

5、d00dSSE0dSSB方程的解方程的解 平面電磁波平面電磁波 3 條性質(zhì)：條性質(zhì)：F E k，H k，E H，E H | k（ k 傳播方向）傳播方向）mmHE00001 cvm/s1038EHkF E 和和 H 同位相，同頻率同位相，同頻率 振幅比：振幅比：F 傳播速度：傳播速度： 如：如：E = Emsin ( t - - z/v ) i B = Bmsin ( t - - z/v ) j 沿沿 z 軸傳播軸傳播xyzEBkF 能量密度：能量密度：F 能流密度：能流密度： S = E H （ 又稱又稱 坡印廷矢量）坡印廷矢量） 單位時間通過單位面積的能量單位時間通過單位面積的能量 能量隨波傳播（沿能量隨波傳播（沿 k 方向）方向）)(212020HEwAtwSdd