【正文】 ????? ?EEE ??? 2?????????? )( 0??? D?222tEE????? ?? ??令 ???1?2222 1tEE????? ???75 類似可得關于磁場 B的偏微分方程 2222 1tBB????? ???沿 x方向傳播的一維平面電磁波，解此兩微分方程 2222 1tEE????? ???2222 1tBB????? ???可得 )(c os ?? xtEE ?? 0)(c os ?? xtBB ?? 076 二、電磁振蕩、電磁波的輻射 電磁波源 :能使電場或磁場隨時間變化的裝置 . 電磁波波源通常用振蕩偶極子作為輻射源 . +q q L LC回路 +q q L +q q L l dtdiLL ??? Cq?dtdqi ? 0122?? qLCdt qd LC1??0222?? qdt qd ?77 q = q0cos(?t+?) i = ?q0sin(?t+?)= i0sin(?t+?) i0= ?q0 電偶極子 p= ql=lq0cos(?t+?) 振蕩電偶極子可以等效于一個振蕩電流元 i l= ?lq0sin(?t+?)= ? p0sin(?t+?) 麥克斯韋在 1865年預言的電磁波， 23年后 (1888年 )，赫茲利用振蕩器和諧振器，用實驗證實了電磁波的存在 . 78 振子 發(fā)射 諧振器 接收 電磁波的接收 感應圈 ABCD79 三、平面電磁波的傳播 在各向同性介質中，可由波動方程解得振蕩電偶極子輻射的電磁波 在遠離偶極子的空間任一點 P處 球面電磁波方程 ??H?E??? yxp?Pzr?????? ?? ??? ? ? ?? rtrptrE c o ss in),( 2024?????? ?? ???? ?? rtrptrH c o ss in),( 4 02???1?80 偶極子周圍的電磁場 x y z a b H?E?H?E?H?E?S?S?p?81 在更遠離偶極子的地方 (rl)， 因 r 很大，在通常的研究范圍內， ? 的變化很小，故 的振幅可看作恒量，因而 HE ??,(1)平面電磁波是橫波。 E和 H互相垂直，且 的方向為波的傳播方向。 HE ?? ?平面電磁波方程 ?????? ?? ?? rtEE c os0?????? ?? ?? rtHH c os0 在無限大均勻絕緣介質 (或真空 )中 ,平面電磁波的性質概括如下 : 82 kEH(2) 電偶極子輻射的電磁波是偏振波。 E和 H分別在各自平面上振動，這一特性稱為偏振性。 (3) E和 H同相位。 (4) 同一點 E和 H間關系為 HE ?? ?? ?(5) 電磁波的傳播速度為 ??? 1?83 四、電磁波譜 電磁波按波長或頻率的順序排列成譜，稱為電磁波譜 宇宙射線 ?射線 X射線 紫外線 可見光 紅外線 微波 毫米波 厘米波 分米波 超短波 短波 中波 長波 無 線 電 波 1210? 1010? 410? 210? 210 410 610 )m(?22103? 16103? 14103? 12103? 4103? )Hz(?84 不同波長范圍的電磁波的產生方法各不相同 ①無線電波是利用電磁振蕩電路通過天線發(fā)射的，波長在 104～ 10－ 2 m范圍內 . ② 熾熱的物體、氣體放電等是原子中外層電子的躍遷所發(fā)射的電磁波 .其中，波長在 10－ 6～ 10－ 6 m范圍內 . ③ 當帶電粒子的運動受到急劇的阻擋，如快速電子射到金屬靶時，會引發(fā)原子中內層電子的躍遷而產生 X射線，其波長在 10－ 10～ 10－ 9 m范圍內 . ④ 當原子核內部狀態(tài)改變時會輻射出 γ射線，其波長在 10－ 10 m以下 . 85 電磁波的應用 從 1888年 赫茲 用實驗證明了電磁波的存在， 1895年俄國科學家波波夫發(fā)明了 第一個無線電報系統(tǒng) 。 1914年 語音通信 成為可能。 1920年商業(yè)無線電廣播開始使用。 20世紀 30年代發(fā)明了雷達。 40年代雷達和通訊得到飛速發(fā)展， 自 50年代第一顆人造衛(wèi)星上天，衛(wèi)星通訊事業(yè)得到迅猛發(fā)展。如今電磁波已在通訊、遙感、空間控測、軍事應用、科學研究等諸多方面得到廣泛的應用。 86 167。 電磁場的物質性 一、電磁場的能量、坡印廷矢量 電磁波的能量密度 w: 單位體積空間內電磁場能量 221 Ewe ??221 Hwm ??)(21 22 HE me ?? ????能流密度 S?單位時間內通過垂直于傳播方向的單位面積的輻射能量，也稱為輻射強度 . S? 又叫坡印廷矢量 87 ???? )( 2221 HEwS ?????? 1? HE ?? ?)( 2221 HES ???? ?? EHEHHE ??? )(21HES ??? ??右手螺旋關系 E?H???? wS ?88 對于振蕩電偶極子輻射波 ,可導出平均能流密度（輻射強度） : ?????2224042 rpS)(s in?上式表明 : 1) 輻射具有方向性 2) S與 ?4成正比 89 例 : 圓柱形導體，長為 l，半徑為 a，電阻為 R，通有電流 I，證明： (1)在導體表面上，坡印廷矢量 S處處垂直并指向導體內部； (2)沿導體表面的坡印廷矢量的面積分等于導體內產生的焦耳熱功率 I2R. 解 : (1) 在圓柱表面上 ,電場強度 E即為電流流動方向 (沿 Z軸 ) a I l z E?H?S?磁場強度 H與電流 I構成右螺旋關系 HES ??? ??由上式可以判定 S垂直導體表面 ,且指向導體內部 . 90 (2)導體表面處的磁場強度 H和電場強度 E分別為 ?? eaIH ??2? klIRE ?? ?)( nalRIHES ???? ???? ?22 S指向軸心 對于長 l 的導體 ,單位時間內通過表面積Ａ=2?al 輸入的電磁能量為 RIalalRIAdSA2222 ???? ????91 二、電磁場的動量 相對論中能量與動量關系 420222 cmcpW ??真空中平面電磁波，動量密度： cwdVdWcdVdpg ??? 1)( EHccSw 1?? )( EHccwg21??動量為矢量，故 ScHEcg ???? 22 11 ???電磁波動量密度的大小正比于能流密度，其方向沿電磁波的傳播方向 . 由于電磁波帶有動量，所以它被物體表面反射或吸收時，必定產生壓強，稱為 輻射壓強 。 92 三、電磁場是物質的一種形態(tài) 運動是物質的存在形式，是不可分割的 能量和動量都是物質運動的量度 電磁場具有能量和動量，是物質的一種形態(tài)。 93