麥克斯韋方程組詳細(xì)介紹課件

2005春季學(xué)期

電磁學(xué)（第三冊(cè)）第11章麥克斯韋方程組和電磁輻射

1目錄§11.1麥克斯韋方程組§11.3平面電磁波§11.2加速運(yùn)動(dòng)電荷輻射電磁波§11.4電磁波的能量和動(dòng)量【演示實(shí)驗(yàn)】電磁波的發(fā)射與接收（燈泡）2§11.1麥克斯韋方程組麥克斯韋總結(jié)了庫(kù)侖、安培和法拉第等人的電磁學(xué)研究成果，歸納出了電磁場(chǎng)的基本方程組。1862年麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，論證了光是一種電磁波。1888年赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)電磁波的存在。麥克斯韋3電場(chǎng)的高斯定理：電荷總伴隨有電場(chǎng)。任何電場(chǎng)都滿足高斯定理。感應(yīng)電場(chǎng)場(chǎng)線一定閉合、無(wú)頭無(wú)尾。

5法拉第電磁感應(yīng)定律：變化的磁場(chǎng)會(huì)激發(fā)（伴隨有）感應(yīng)電場(chǎng)。任何電場(chǎng)都滿足法拉第電磁感應(yīng)定律。的場(chǎng)線不閉合、有頭有尾。和6磁通連續(xù)定理：磁場(chǎng)場(chǎng)線一定閉合、無(wú)頭無(wú)尾。不存在單一的“磁荷”－磁單極子。

安培環(huán)路定理：磁場(chǎng)與電流及變化的電場(chǎng)的關(guān)系。7邊界條件：（界面上無(wú)自由電荷）（界面上無(wú)傳導(dǎo)電流）9介質(zhì)性質(zhì)方程：（各向同性線性介質(zhì)）E：恒定電場(chǎng)，K：非靜電力場(chǎng)導(dǎo)體中的電流密度矢量：10電流的連續(xù)性方程：dSJ電荷守恒微分形式洛侖茲力公式：11電荷運(yùn)動(dòng)的信息尚未傳到球面外。內(nèi)區(qū)：勻速運(yùn)動(dòng)點(diǎn)電荷電場(chǎng)v<<c，近似靜電場(chǎng)。高斯定理：無(wú)電荷區(qū)域電力線連續(xù)加速引起的過(guò)渡區(qū)OP

Q

ctc(t-)c加速（）靜止

O

加速()

P

勻速(t-)Q

外區(qū)：靜電場(chǎng)13過(guò)渡區(qū)以光速擴(kuò)大形成電磁波加速引起的過(guò)渡區(qū)OP

Q

ctc(t-)c（t）加速（）輻射總功率，其中a為電荷的加速度。141886年29歲的赫茲發(fā)現(xiàn)：當(dāng)電池通過(guò)一對(duì)線圈中的一個(gè)放電時(shí)，在另一個(gè)線圈里產(chǎn)生火花。赫茲振子高頻加速運(yùn)動(dòng)電荷諧振器1888年他總結(jié)出：電磁感應(yīng)是以波動(dòng)形式傳播的，并第一次使用了“電磁波”一詞?！狙菔緦?shí)驗(yàn)】電磁波的發(fā)射與接收（燈泡）赫茲15電場(chǎng)線磁場(chǎng)線…EBEBE17功率大、準(zhǔn)直性好、較寬連續(xù)頻譜（X射線范圍）、高度偏振性。同步輻射光源電子回旋加速器北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)：周長(zhǎng)240m,2.8GeV合肥同步輻射光源：周長(zhǎng)66m,0.8GeV輻射18軔致輻射（decelerationridiation

）電荷減速所產(chǎn)生的輻射。例如X射線就是高速電子轟擊靶減速時(shí)產(chǎn)生的。X射線波長(zhǎng)：+-KAX射線X射線管191、橫波性真空中的光速EB212、在空間同一點(diǎn)E和B相互垂直，同頻率，同相位地變化。EBB的作用遠(yuǎn)小于E的作用22§11.4電磁波的能量和動(dòng)量一、能量密度23設(shè)，則【例】電容充電過(guò)程的能量傳輸EBi(t)A25【思考】放電過(guò)程能流的方向？能量從側(cè)面流入電容器。坡印庭矢量EBi(t)A261899年列別捷夫首次測(cè)定了光壓離100W燈泡1m小鏡懸絲prpr抽空光照力矩你相信電磁波有動(dòng)量嗎？太陽(yáng)光壓:10-6N/m2大氣壓:105N/m229彗星尾的形成彗星尾由塵埃組成。當(dāng)彗星運(yùn)行到太陽(yáng)附近，塵埃顆粒受到太陽(yáng)光的光壓比引力大，被推向遠(yuǎn)離太陽(yáng)的方向形成很長(zhǎng)的彗星尾，被太陽(yáng)照得很亮。光的波粒二相性（下學(xué)期討論）電磁波—“波動(dòng)性”能量和動(dòng)量—“粒子性”—光子Compton散射（下學(xué)期討論）驗(yàn)證了光子具有動(dòng)量。301031061091012101510221031001061091013105102HZ1KHZ1MHZ1GHZ1T1km1m1cm11nmA01μmX射線紫外線可見(jiàn)光紅外線微波高頻電視調(diào)頻廣播雷達(dá)無(wú)線電射頻電力傳輸射線γ電磁波譜頻率波長(zhǎng)31量子場(chǎng)論：帶電粒子用量子力學(xué)描述