大学物理学第11章--电磁振荡 电磁波

1,第11章 电磁振荡 电磁波,随时间变化的电场、磁场相互激发的规律可使电、磁能在空间传播,本章研究产生电磁波的物理机制以及电磁波的特性。,麦克斯韦方程组揭示了 变化的电磁场能在空间传播， 光是电磁波,2,回顾,麦克斯韦方程组积分形式,微分表达式,3,11.1 电磁振荡,电磁振荡和弹簧振子的振动,4,设任一时刻t，电容器C上带电q，自感L上的电流i。,无阻尼电磁振荡的振荡方程,根据能量守恒，有：,对上式求导，并应用,得：,令,式中：,求导：,5,周期,频率,电磁振荡：,即电荷、电流都是随时间 t 按正弦（余弦）规律 变化的，是“振荡”的。振荡的角频率相同都是 .,变化的电流 变化的磁场 变化的电场 变化的磁场 变化的电场 辐射电磁波,普遍规律：“当电荷有加速度时就要辐射电磁波”。,6,电磁波： 变化的电磁场在空间的传播。,磁 场,天线,变化的电场与变化的磁场向周围空间传播示意图,要有效地辐射电磁波：,提高振荡角频率，即须减小LC. （线圈的匝数减少；电容器的面积减小，间距加大）。,不断补充能量。,将电路开放。,11.2.1 电磁波的概念,11. 2 电磁波,7,11.2.2 电磁波的辐射和传播,变化的电磁场在空间以一定的速度传播就形成电磁波.,从振荡电路过渡到振荡偶极子,电偶极子的偶极矩,最后的电路, 变成了一个 能辐射电磁波的“天线”。,当上面左图 不变，而 变化时， 称为振荡电偶极子。,因为电荷有加速度，振荡电偶极子也要辐射电磁波。,8,平面电磁波,点P处，E、H和 r 三个矢量互相垂直，并组成右旋关系。,偶极子辐射的是球面波，但若点P附近所考察的空间范围远小于r，则可视作平面波。,传播速度,9,11.2.3 电磁波的特性,1）电磁波是横波,（ 都与传播方向垂直）,4）电磁波的真空传播速度大小为,3) E和H(或B)成比例,2）,沿传播方向,5）电场和磁场的变化都是周期的，有：,6）振荡偶极子所辐射电磁波的频率等于偶极子的振荡频率，且,电磁波的传播速度正好与光速一样大。麦克斯韦预言光就是电磁波。,10,11.2.4 电磁波的能量,辐射能 ： 以电磁波的形式传播出去的能量.,在空间某点处, 电磁场的能量密度（单位体积内电磁场的能量）为,电磁波传播时，电磁场的能量也跟着传播。,大小-单位时间内通过垂直于传播方向的 单位面积的能量; 方向-电磁波的传播方向。,的关系:,11,的关系:,- 频率越高辐射越强。,例如.广播频率几百千赫以上；,例如.天空的蓝色。,1888年赫兹用实验证实了电磁波的存在,12,11.2.5 电磁波谱,13,赫兹实验震动了整个物理界，“赫兹波”开创了电子技术新时代。,1894 年 意 马可尼 俄 波波夫 实现了无线电远距离传输，无线电报 。 1906 年无线电广播 1911 年 导航 1916年 无线电话 1921 年 短波通讯 1923 年 传真 1929 年 电视 1933 年 微波通讯 1935 年 雷达, 库仑、安培、毕奥萨伐尔、法拉第、欧姆 等奠定电磁学理论大厦了基础。 麦克斯韦建成大厦。 赫兹这让这座大厦住满了人。,现代遥控、遥测、卫星通讯、都可说是赫兹实验的产物。,