麦克斯韦电磁理论PPT课件

LIlHd1S2SLIR1S2SLIRLIlHdLlH0d第1页/共36页1S2SLIR1S2SLIR12SSSdSdqjSdt dSDSqdSdqdDSdtdtdSDStddSSDjSSt 第2页/共36页1S2SLIR1S2SLIR12SSS() dSDj +S = 0t12() d() dSSDDj +Sj +Stt12ddSSDjSSt第3页/共36页1S2SLIR1S2SLIR12SSSdDSDSdDSdDSdttDDjtDI第4页/共36页IRDI位移传导全IIILIIIlH位移传导全dSStDId传导LlHdSStDd第5页/共36页tIDddB第6页/共36页 DDjttE0tP l qplnqP,Plnqtt,PPPjjnqtPED00EPtt第7页/共36页DDjIjI,0,000只有 tEjPnD0,0,0所以)(0)(ddSLStElH)()(ddSLStBlEEtBEtH第8页/共36页 例例1 1 假设图示电路中电源为交变电动势，则在导线假设图示电路中电源为交变电动势，则在导线内作用着一个交变电场内作用着一个交变电场E=Emcost（式中（式中是角频率是角频率。试估计导线中传导电流与位移电流的大小比。试估计导线中传导电流与位移电流的大小比。2SIABRDdI解：于是位移电流密度为mcosjEEt 是导线电阻率，而导线中的电位移D为tEDcosm0tEtDjsinddm0d根据欧姆定律的微分式，导线中的电流密度为第9页/共36页导线中传导电流与位移电流大小之比，等于同一导线中传导电流密度与位移电流密度之比，即0mjj 对于铜导线，这一比值为10101919/ /，即使是对于超高频电流，这一比值仍非常大，说明导线中虽然存在位移电流，但微不足道，占绝对优势的是传导电流。第10页/共36页CIR1P2P0DE 0tDjDt 2RICSLCStDIlHdd:1P:2PCIrH1121012 rIBC222 rHDIDjr2222022rRIBCSS t第11页/共36页SSDdSESdiqVVd0dLlE第12页/共36页LlHdiI0dSSB感生静电EEE感生静电DDDBBB位移传导位移传导HHH第13页/共36页SSDdSSDDd)(21SEESd)(210iqSiqSDd)d(VVSSBd000SSBBd)(210dSSB第14页/共36页LlEd0SStBdStBtlESLddddLlHdiISStDdSLd)(dSjlHtDLlEEd)(21L21d)(lHH第15页/共36页SdtBldESL0SDdSq0SdLH dlISDt0SdBS感生静电EEE感生静电DDDBBB位移传导位移传导HHH第16页/共36页tDJHD tBE0BSdtBldESL0SDdSq0SdLH dlISDt0SdBSddLSAlAS d dLSASAV 第17页/共36页SdtBldESL0SDdSq0SdLH dlISDt0SdBS介质介质2介质介质1界面界面nS22DB 或11DB 或eo21eonDD210nBB 第18页/共36页SdtBldESL0SDdSq0SdLH dlISDt0SdBS21eonDD210nBB 210nEE210nHHi 界面界面介质介质1介质介质2lBADC22EH 或11EH 或0in第19页/共36页SdtBldESL0SDdSq0SdLH dlISDt0SdBS21eonDD210nBB 210nEE210nHHi 界面界面介质介质1介质介质2lBADC22EH 或11EH 或0in21eonDD210nBB 210nEE210nHHi 一般情况两种无损耗媒质的分界面00,0eoi210nDD210nBB 210nEE210nHH 理想介质和理想导体的分界面1区为理想介质、2区为理想导体2eon D20n B 20nE20nHi 120,第20页/共36页 例例2 2 半径为半径为r=0.1m的两块圆板构成平行板电容器，的两块圆板构成平行板电容器，由圆板中心处引入两根长直导线给电容器匀速充电，由圆板中心处引入两根长直导线给电容器匀速充电，使电容器两板间电场的变化率为使电容器两板间电场的变化率为dE/dt=1013 V/(ms) 。求电容器两板间的位移电流，并计算电容器内离两求电容器两板间的位移电流，并计算电容器内离两板中心连线处板中心连线处r(rR)的磁感应强度的磁感应强度Br和和R处的处的BR 。解：电容器两极板间的位移电流为2d0ddd2 8AdddDDEISR.tttFpe=电容器两极板间的rR处各点磁感应强度为Br，应用安培环路定理REr第21页/共36页StDrBlHrd21d0200dddddEESrtteep= =蝌rrtErBrdd200当Rr T106 . 5dd2600tERBr上面所计算得到的电场是全电流激发的总磁场。REr第22页/共36页1. 麦克斯韦电磁理论麦克斯韦电磁理论2. 电磁波的产生电磁波的产生第23页/共36页辐射功率辐射功率 ，固有频率，固有频率 ，40f012fLC电路开放电路开放(天线天线)：振荡偶极子模型：振荡偶极子模型： 振荡电偶极子振荡电偶极子 振荡磁偶极子振荡磁偶极子(a)(b)(c)发射示意图发射示意图一、电磁波的产生第24页/共36页二二电磁波的传播电磁波的传播DtBE0 BDHJt DEj B 0 BBJjD 由由复数形式的复数形式的Maxwell方程组方程组设无限大均匀介质中设无限大均匀介质中0000,0,0j为常量，。HBED0 EHEt 0HEHt得得0DtBE0 BDHt和和简谐量用复数表示简谐量用复数表示第25页/共36页0 EHEt 0H EHt EHt 2EEE 2EEtt 2220EEt2220HHt 波动方程第26页/共36页22220EEt 22220HHt 22220EEkt22220HHkt 复数22k 亥姆霍兹方程均匀平面波：场矢量只沿着传播方向变化，在与传播方向垂直的无限大平面内，场矢量的方向、振幅、相位保持不变的波xzEe E2220EEt2220HHt 波动方程第27页/共36页22220EEkt22220HHkt 亥姆霍兹方程22222220 xxxxEEEk Exyz2220 xxEk EzjkzjkzxmmEE eE eRejkzj tmE eecosmEtkz,xEz t均匀平面波：场矢量只沿着传播方向变化，在与传播方向垂直的无限大平面内，场矢量的方向、振幅、相位保持不变的波xzEe E第28页/共36页cosmEtkz,xEz t1. 时间周期性是角频率2T2f2. 空间周期性2kz2zk2ktkzconst0dtkdzdzkdt3. 相速4. 等相位面：空间相位相等的面kzconstzconst5. 磁场EjH EHjcosxmEe EtkzcosymHeEtkz波数第29页/共36页实验测得实验测得)(104)(108542. 8170212120mHmNC则波速则波速812.9979 10()m s即即预言：光是一种电磁波。预言：光是一种电磁波。001c 真空中的光速真空中的光速222210EEt222210HHt 1k第30页/共36页【讨论讨论】：1. 预言电磁波的存在，是横波；预言电磁波的存在，是横波；2. 光是一种电磁波；光是一种电磁波；3. 同相；同相；,E H4.4. 成右螺旋；成右螺旋；,E HH EOHE第31页/共36页三、坡印廷(Poynting)矢量 能量密度：能量密度： 222121HEwwwme能流密度：能流密度： 22()2SwEH)(2122HEHE)(21HEHES即即EHS 或或HES坡印廷矢量坡印廷矢量IEHSS简例：简例：如图所示如图所示,电容器充电容器充电过程电过程 第32页/共36页q 无线电波谱无线电波谱波波段段波波长长频频率率主主要要用用途途附附注注长长波波30km3km10-100 kc电报通电报通讯讯地波地波3000m200m中中波波1 1.5Mc无线无线电广电广播，播，电报电报地波地波200m50m中中短短波波1.56 Mc无线无线电广电广播，播，电报电报天波天波50m 10m短短波波630 Mc无线无线电广电广播，播，电报电报天波天波10m 1m米波米波30300 Mc广播广播,电视电视,导航，导航，雷达，雷达，移动通移动通讯讯(VHF)甚高频甚高频分米波分米波1m 0.1m0.33 Gc厘米波厘米波0.1m0.01m330 Gc毫米波毫米波0.01m 0.001m30300 Gc微微 波波电视，雷达，导航电视，雷达，导航及其它专门用途及其它专门用途(UHF)(SHF)(EHF)特高频特高频超高频超高频 极高频极高频第33页/共36页电磁波谱电磁波谱是能引起人的视觉的那部分电磁波人眼最敏感的光：黄绿光，中心波长人眼最敏感的光：黄绿光，中心波长555555nmnm210310102103101110)(m对数坐标对数坐标软软x射线射线真空紫真空紫外线外线紫外光紫外光可见光可见光近红近红外光外光中红中红外光外光远红外光远红外光宇宙射线宇宙射线 射线射线 x射线射线微波微波短短波波中中波波长波长波10108106104102102104106108101010)(m1对数坐标对数坐标光光 波波390450492577597622760)(nm线性坐标系线性坐标系紫紫 靛靛蓝蓝绿绿黄黄橙橙红红青青470424注：注：波长的数据波长的数据各种资料不统一，各种资料不统一，稍有不同稍有不同第34页/共36页 t t)(tI)(tI tDDSDS tDD SttD tqDDIttqIddddSDDSDttIdddddStDSdDj第35页/共36页感谢您的观看！第36页/共36页