第十五章 电磁场理论的基本概念

1第一页，共二十二页，编辑于2023年，星期五§15.2电磁波的辐射和传播§15.1麦克斯韦方程组 2第二页，共二十二页，编辑于2023年，星期五教学要求1.理解位移电流及全电流定律；2.理解麦克斯韦方程组的积分形式；能总结电磁场理论的基本概念。3第三页，共二十二页，编辑于2023年，星期五1.电磁场基本规律小结§15.1麦克斯韦方程组（1）静电场和静磁场的基本规律静电场静磁场4第四页，共二十二页，编辑于2023年，星期五（2）感生电场的基本规律变化的磁场产生电场，感生电场有如下性质变化的电场能否产生磁场??5第五页，共二十二页，编辑于2023年，星期五恒定电流条件下：非恒定电流情形：对S1面对S2面二者产生矛盾2.位移电流

（分析电容器充电过程）6第六页，共二十二页，编辑于2023年，星期五电容器充放电时：某时刻极板上的电荷面密度为，极板间的电位移矢量大小为D=，且的方向总与导线中的电流方向一致，++--充电++--放电7第七页，共二十二页，编辑于2023年，星期五位移电流（displacementcurrent）假设(麦克斯韦)：位移电流密度：变化的电场本身也是一种电流。通过电场中某一截面的位移电流等于通过该截面的电位移通量的时间变化率。8第八页，共二十二页，编辑于2023年，星期五全电流：传导电流、位移电流的总和。全电流在空间永远是连续的闭合电流。全电流定律：电容器充电时：9第九页，共二十二页，编辑于2023年，星期五注意:（1）位移电流反应变化的电场，不表示有电荷的定向运动；有变化的电场，就有位移电流；（2）位移电流在导体中没有焦耳热。（3）位移电流与传导电流一样激发磁场；（4）麦克斯韦提出的位移电流最初为假说，后来的实验和实际应用证明它是正确的.10第十页，共二十二页，编辑于2023年，星期五3.麦克斯韦方程组在一般情况下，空间的电磁场包含两部分，(1)一部分是由电荷及传导电流产生的;(2)另一部分是由变化的电场或磁场产生的，即有:11第十一页，共二十二页，编辑于2023年，星期五综合以上可得（麦克斯韦方程组的积分形式）12第十二页，共二十二页，编辑于2023年，星期五（1）麦克斯韦方程组的物理意义：反映一般情况下电流电荷产生电磁场以及电磁场相互激发的规律.电荷电流电场磁场变化变化运动激发激发(2)预言了电磁波的存在；(3)光是一种电磁波.13第十三页，共二十二页，编辑于2023年，星期五1.振荡电偶极子辐射的电磁波§15.2电磁波的辐射和传播

按麦克斯韦电磁理论，当空间某区域内有随时间变化的电流或电荷分布时，空间将产生变化的电磁场。而变化的电磁场又可交替地激发，从而使得电磁场将由近及远地向整个空间传播。

电磁场的传播过程称为电磁波。14第十四页，共二十二页，编辑于2023年，星期五电磁场的传播的简单例子是振荡电偶极子辐射的电磁波。

15第十五页，共二十二页，编辑于2023年，星期五设有一电偶极子，其电矩为，若

，这种电偶极子称为振荡电偶极子.16第十六页，共二十二页，编辑于2023年，星期五在远离电偶极子的空间的任意一点处，任意一时刻的电场和磁场的方向如图所示，且大小为

（平面电磁波的波动方程）17第十七页，共二十二页，编辑于2023年，星期五2.平面电磁波的基本性质a)与同相位；c)，振幅比为波速（因为相互垂直且）。b)

构成右手螺旋关系，电磁波是横波；18第十八页，共二十二页，编辑于2023年，星期五3.电磁波的能量以电磁波的形式传播出去的能量称为电磁波的辐射能.电磁波传播的区域中，单位体积内电磁场的能量称为电磁波的能量密度.其表达式如下

在单位时间内，通过垂直于电磁波传播方向上的单位面积播出去的电磁能称为电磁波的能流密度(电磁波的强度)，用S表示：

（矢量S电磁波的能流密度矢量或为坡印廷矢量）19第十九页，共二十二页，编辑于2023年，星期五4.电磁波谱在真空中，各种电磁波都具有相同的传播速度，将各种电磁波按照波长或频率的大小顺序排列起来，就形成了电磁波谱.如下图

20第二十页，共二十二页，编辑于2023年，星期五电磁波谱大致分区及各区域的用途：（1）无线电波和微波：长波，主要用于远洋长距离通讯；中波和短波主要用于无线电广播、电报；超短波和微波主要用于电视、雷达、无线电导航等。（2）红外线：主要应用于红外侦察、红外制导、红外热成像、红外报警等。（3）可见光：人眼敏感区。（4）紫外线：紫外线有显著的生理作用和荧光效应，可用于杀菌。太阳发射的紫外线由于被大气层的臭氧吸收而不至于危及地球上的生命。21第二十一页，共二十二页，编辑于2023年，星期五（5）X射线，，又叫伦琴射线)：X射线通常是由高速电子流轰击金属而产生的，具有很强的穿透力，能使照相底片感光，使荧光物质发光，可用于医疗检查、金属探伤、晶体分析等。（6）射线：