電磁學(xué)課件第四章

電磁學(xué)課件第四章電磁場(chǎng)的基本性質(zhì)麥克斯韋方程組電磁波的傳播電磁波的應(yīng)用電磁波的吸收與散射目錄CONTENT電磁場(chǎng)的基本性質(zhì)01基礎(chǔ)概念電場(chǎng)和磁場(chǎng)是電磁場(chǎng)的兩個(gè)基本組成部分。電場(chǎng)是由電荷產(chǎn)生的，對(duì)電荷有作用力；而磁場(chǎng)則是由電流或變化的電場(chǎng)產(chǎn)生的，對(duì)磁體或電流有作用力。電場(chǎng)與磁場(chǎng)物理屬性電磁場(chǎng)具有能量和動(dòng)量，這是由麥克斯韋方程組所描述的。這種能量和動(dòng)量可以以多種形式存在，包括電能和磁能，以及電動(dòng)量和磁動(dòng)量。它們?cè)陔姶挪ǖ膫鞑ミ^程中起著重要的作用。電磁場(chǎng)的能量與動(dòng)量波動(dòng)性質(zhì)電磁場(chǎng)表現(xiàn)出波動(dòng)性，其行為類似于光、無線電波和其他類型的波。這種波動(dòng)性可以由麥克斯韋方程組描述，其解的形式是波動(dòng)方程。電磁波在空間中傳播，其傳播速度等于光速。電磁場(chǎng)的波動(dòng)性麥克斯韋方程組02推導(dǎo)基于法拉第電磁感應(yīng)定律和安培環(huán)路定律，通過數(shù)學(xué)變換得到麥克斯韋方程組?？紤]電荷和電流的連續(xù)性，將高斯定律和安培定律結(jié)合，得到關(guān)于電場(chǎng)和磁場(chǎng)的高階偏微分方程。引入物質(zhì)方程，描述介質(zhì)對(duì)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的影響，最終得到完整形式的麥克斯韋方程組。麥克斯韋方程組的推導(dǎo)

麥克斯韋方程組的物理意義描述電場(chǎng)和磁場(chǎng)在空間和時(shí)間中的演化規(guī)律，揭示電磁波的傳播特性。揭示光速不變?cè)?，為狹義相對(duì)論的提出奠定基礎(chǔ)。解釋電磁波的傳播速度與介質(zhì)特性的關(guān)系，為介質(zhì)中的電磁波傳播提供理論基礎(chǔ)。分離變量法有限差分法譜方法邊界元法麥克斯韋方程組的求解方法01020304將偏微分方程轉(zhuǎn)化為常微分方程，簡化求解過程。將連續(xù)的空間離散化，用差分代替微分進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。將解表示為特定函數(shù)的展開式，利用傅里葉變換等方法求解。將問題轉(zhuǎn)化為邊界上的離散點(diǎn)求解，適用于處理復(fù)雜邊界條件的問題。電磁波的傳播03電磁波在真空中的傳播速度根據(jù)物理學(xué)的基本原理，電磁波在真空中的傳播速度是恒定的，約為光速，即每秒299，792，458米。電磁波在不同介質(zhì)中的傳播速度電磁波在不同介質(zhì)中的傳播速度會(huì)受到介質(zhì)的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率和介電常數(shù)等因素的影響，通常會(huì)小于在真空中的傳播速度。電磁波的傳播速度0102電磁波的傳播方向在真空中，電磁波的傳播方向是不受其他因素影響的，但是在介質(zhì)中，電磁波的傳播方向可能會(huì)因?yàn)檎凵涠淖?。電磁波的傳播方向是垂直于電磁波的波陣面的，也就是說，波陣面上的每一點(diǎn)都是一個(gè)傳播方向。電磁波的偏振是指電場(chǎng)和磁場(chǎng)在空間中垂直于傳播方向上的振動(dòng)方向。電磁波的偏振狀態(tài)可以分為線偏振、橢圓偏振和圓偏振三種。在自然環(huán)境中，許多電磁波源產(chǎn)生的電磁波是自然偏振的，而人工產(chǎn)生的電磁波則可以通過特定的技術(shù)來控制其偏振狀態(tài)。電磁波的偏振電磁波的應(yīng)用04利用電磁波將聲音信號(hào)傳輸?shù)绞找魴C(jī)等設(shè)備，供人們收聽。無線電廣播移動(dòng)通信衛(wèi)星通信手機(jī)、對(duì)講機(jī)等設(shè)備通過電磁波進(jìn)行通話，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)電磁波實(shí)現(xiàn)全球通信，覆蓋范圍廣。030201無線電通信利用電磁波的反射和傳播時(shí)間差，測(cè)量目標(biāo)距離。測(cè)距雷達(dá)通過多普勒效應(yīng)，測(cè)量目標(biāo)速度。速度雷達(dá)確定目標(biāo)方向，常用于導(dǎo)航和定位系統(tǒng)。定向雷達(dá)雷達(dá)測(cè)距微波爐產(chǎn)生特定頻率的電磁波，穿透食物內(nèi)部。微波輻射微波使食物分子劇烈振動(dòng)，產(chǎn)生熱量，實(shí)現(xiàn)食物加熱。分子振動(dòng)微波在食物內(nèi)部傳播，實(shí)現(xiàn)均勻加熱，保持食物口感和營養(yǎng)價(jià)值。均勻加熱微波爐加熱原理電磁波的吸收與散射05吸收機(jī)制電磁波在介質(zhì)中通過與電子、原子、分子的相互作用，將電磁能轉(zhuǎn)化為熱能或其他形式的能量。吸收系數(shù)描述電磁波在介質(zhì)中吸收程度的系數(shù)，與介質(zhì)的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率和電磁波頻率有關(guān)。吸收特性不同介質(zhì)對(duì)不同頻率的電磁波有不同的吸收系數(shù)，這決定了電磁波在介質(zhì)中的穿透深度和能量衰減程度。電磁波的吸收描述電磁波在介質(zhì)中散射程度的系數(shù)，與介質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和電磁波頻率有關(guān)。散射系數(shù)電磁波在介質(zhì)中遇到不均勻分布的粒子或結(jié)構(gòu)時(shí)，發(fā)生散射現(xiàn)象，散射方向與入射方向偏離。散射機(jī)制散射系數(shù)的大小決定了散射程度，散射現(xiàn)象在介質(zhì)中廣泛存在，對(duì)電磁波傳播特性有重要影響。散射特性電磁波的散射透射機(jī)制當(dāng)電磁波入射到不同介質(zhì)界面時(shí)，部分能量發(fā)生反射，部分能量透射進(jìn)入另一介質(zhì)。透射特性透射系數(shù)的大