大学物理：第23章麦克斯韦方程组和电磁波.ppt

二十三、电磁场和电磁波二十三、电磁场和电磁波（一）电场、磁场知识的回顾（一）电场、磁场知识的回顾基本概念：位移电流、坡印亭矢量（计算）基本概念：位移电流、坡印亭矢量（计算）基本规律：麦克斯韦方程组（了解物理意义）基本规律：麦克斯韦方程组（了解物理意义）1、电场方面、电场方面电场可分为库仑场和有旋场（感生电场），一般是电场可分为库仑场和有旋场（感生电场），一般是它们的叠加：它们的叠加：库仑场遵循：库仑场遵循：高斯定理高斯定理环路定理环路定理有旋场遵循：有旋场遵循：高斯定理高斯定理环路定理环路定理一般电场遵循：一般电场遵循：2、磁场方面、磁场方面稳恒磁场遵循的高斯定理：稳恒磁场遵循的高斯定理：稳恒磁场遵循的环路定理：稳恒磁场遵循的环路定理：问题：非稳恒情况如何？问题：非稳恒情况如何？（二）位移电流及其所激发的磁场（二）位移电流及其所激发的磁场1、位移电流、位移电流为为解决这一矛盾，麦克斯韦提出解决这一矛盾，麦克斯韦提出位移电流假说位移电流假说(a)充电时充电时(b)放电时放电时位移电流密度位移电流密度位移电流强度位移电流强度 电场中某点的位移电流密度等于该点的电位移矢电场中某点的位移电流密度等于该点的电位移矢量对时间的变化率；通过电场中的某截面的位移电流量对时间的变化率；通过电场中的某截面的位移电流强度等于通过该截面的电位移通量对时间的变化率。

强度等于通过该截面的电位移通量对时间的变化率2、全电流、全电流电路中同时有传导电流和位移电流，称全电流电路中同时有传导电流和位移电流，称全电流和和则则 ，， 在整个回路中仍然是连续的在整个回路中仍然是连续的定义定义:3、位移电流的磁场、位移电流的磁场传导电流的磁场（安培环路定律）传导电流的磁场（安培环路定律）则则位移电流的磁场：位移电流的磁场：全全电流的安培环路定律：电流的安培环路定律：4、传导电流与位移电流的区别与联系：、传导电流与位移电流的区别与联系：（（1）、产生原因不同：传导电流由电荷定向运动产生；）、产生原因不同：传导电流由电荷定向运动产生； 位移电流由变化着的电场产生位移电流由变化着的电场产生2）、传导电流在导体中产生焦耳热；而位移电流不会传导电流在导体中产生焦耳热；而位移电流不会3）、在真空和电介质中主要是位移电流；导体中主要）、在真空和电介质中主要是位移电流；导体中主要是传导电流是传导电流4）、在高频电流情况下，导体内位移电流和传导电流）、在高频电流情况下，导体内位移电流和传导电流同样同样 起作用。

起作用5）、相同的是都产生涡旋的磁场，并符合右手螺旋相同的是都产生涡旋的磁场，并符合右手螺旋（三）麦克斯韦方程组（三）麦克斯韦方程组1、、高斯定理高斯定理环路定律环路定律库仑场库仑场涡旋场涡旋场总总电场电场稳恒电稳恒电流磁场流磁场位移电位移电流磁场流磁场总总磁场磁场2、麦克斯韦方程组（、麦克斯韦方程组（1865））方程（1）说明：在任何电场（包括库仑场、涡旋场或二者的叠加场）中，通过任意封闭曲面的电位移通量等于该封闭曲面所包围的自由电荷代数和1)(3)(2)(4)三个介质方程三个介质方程方程（2）是法拉第电磁感应定律，反映了变化磁场和电场的关系式（2）说明：在任何电场（包括库仑电场、涡旋电场或二者的叠加场）中，电场强度沿任意闭合曲线的线积分等于穿过该曲线所包围的面积的磁通量对时间的变化率的负值方程（3）说明：在任何磁场（包括稳恒电流的磁场、位移电流的磁场或二者的叠加场）中，通过任意封闭曲面的磁通量恒等于零它表明磁场是无源场方程（4）说明：在任何磁场(包括稳恒电流的磁场、位移电流的磁场或者二者的叠加场）中，磁场强度沿任意闭合曲线的线积分等于穿过该闭合曲线所包围面积的全电流代数和方程（4）即全电流定律，它反映了变化的电场与磁场的关系。

（四）电磁波（四）电磁波 变化着的电场和磁场相互激发、交替产生、由近及远变化着的电场和磁场相互激发、交替产生、由近及远地以有限的速度在空间中传播，就形成了电磁波地以有限的速度在空间中传播，就形成了电磁波其中波速其中波速解为解为且有且有1、电磁场的传播、电磁场的传播——电磁波电磁波 在在无无自由电荷、传导电流的均匀空间中，电磁振源作自由电荷、传导电流的均匀空间中，电磁振源作简谐振动，且波沿简谐振动，且波沿X轴传播：轴传播：基本性质：基本性质：(4)波速波速 为有限值为有限值,真空中真空中 （（1）电磁波是横波，）电磁波是横波， ，， ，， 两两相互垂直两两相互垂直2）偏振性，）偏振性， ，， 分别在各自的平面方向上振动分别在各自的平面方向上振动 （（3）） ，， 同相变化且同相变化且（（5 5）电磁波的传播不需要介质，电磁波既可以在介质中）电磁波的传播不需要介质，电磁波既可以在介质中传播也可以在真空中传播电磁波的这个性质与机械波是传播也可以在真空中传播。

电磁波的这个性质与机械波是完全不同的完全不同的 2、电磁波的能量、电磁波的能量（（1）、空间中电磁波的能量密度：）、空间中电磁波的能量密度：空间中某一区域内电磁波能量：空间中某一区域内电磁波能量：（（2）、辐射强度：）、辐射强度：单位时间内通过垂直于传播方向单位面积的辐射能（电磁单位时间内通过垂直于传播方向单位面积的辐射能（电磁波携带的能量），称辐射强度波携带的能量），称辐射强度dAvdt辐射强度辐射强度矢量（能流密度矢量或坡印廷矢量）：矢量（能流密度矢量或坡印廷矢量）：。