麦克斯韦方程组详细介绍

1,2005 春季学期 陈信义编,电磁学（第三册）,第11章 麦克斯韦方程组 和电磁辐射,2,目 录,【演示实验】电磁波的发射与接收（灯泡）,3,11.1 麦克斯韦方程组,麦克斯韦总结了库仑、安培和法拉第等人的电磁学研究成果，归纳出了电磁场的基本方程组。,1862年麦克斯韦预言了电磁波的存在，论证了光是一种电磁波。,1888年赫兹用实验证实电磁波的存在。,麦克斯韦,4,一、真空中电磁学基本规律,5,电场的高斯定理：电荷总伴随有电场。,任何电场都满足高斯定理。,感应电场场线一定闭合、无头无尾。,6,法拉第电磁感应定律：变化的磁场会激发（伴随有）感应电场。,任何电场都满足法拉第电磁感应定律。,7,磁通连续定理：磁场场线一定闭合、无头无尾。不存在单一的“磁荷”磁单极子。,安培环路定理：磁场与电流及变化的电场的关系。,8,二、介质中电磁学基本规律,9,10,11,洛仑兹力公式：,11.2 加速运动电荷辐射电磁波,电磁辐射总是和电荷的加速运动相联系。,13,电荷运动的信息尚未传到球面外。,内区：匀速运动点电荷电场 v c，近似静电场。,高斯定理：无电荷区域电力线连续,外区：静电场,14,过渡区以光速扩大 形成电磁波,辐射总功率,，其中a为电荷的加速度。,15,1886年29岁的赫兹发现：当电池通过一对线圈中的一个放电时，在另一个线圈里产生火花。,1888年他总结出：电磁感应是以波动形式传播的，并第一次使用了“电磁波”一词。,【演示实验】电磁波的发射与接收（灯泡）,赫兹,16,振荡偶极振子发射的电磁波,振荡电偶极矩：,偶极子附近电场线的变化,17,18,功率大、准直性好、较宽连续频谱（X射线范围）、高度偏振性。,同步辐射光源,19,轫致辐射（deceleration ridiation ）,11.3 平面电磁波,例：振荡电偶极子的远场,近似的平面电磁波,21,22,2、在空间同一点,E 和B相互垂直，同频率，同相位地变化。,B的作用远小于E的作用,23,11.4 电磁波的能量和动量,一、能量密度,24,25,【例】电容充电过程的能量传输,26,【思考】放电过程能流的方向？,能量从侧面流入电容器。,27,四、电磁波的动量密度,能量密度：,动量密度：,28,辐射压强（光压）：,垂直射到完全反射表面,29,1899年列别捷夫首次测定了光压,离100W灯泡1m,你相信电磁波有动量吗？,30,10,3,10,6,10,9,10,12,10,15,10,22,10,3,10,0,10,6,10,9,10,13,10,5,10,2,HZ,1K,HZ,1M,HZ,1G,HZ,1T,1km,1m,1cm,1,1nm,A,0,1,m,X 射线,紫外线,可见光,红外线,微 波,高频电视,调频广播,雷达,无线电射频,电力传输,射线,电磁波谱,频率,波长,32,量子场论：带电粒子用量子力学描述；光子(电磁量子)在空间的传播用麦克斯韦方程组描述；带电粒子之间的电磁相互作用用交换光子的方式描述。,经典电磁学适用的范围,经典电磁学适用于：光的粒子性和带电粒子的波动性都不显著的过程。,