平面电磁波的波动方程课件.ppt

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1、关于平面电磁波的波动方程第1页，此课件共21页哦平面电磁波的波动方程平面电磁波的波动方程平面电磁波的波动方程平面电磁波的波动方程讨论一维问题讨论一维问题,场量场量E 和和H 是坐是坐标标 x 和时间和时间 t 的函数：的函数：第2页，此课件共21页哦 讨论一维问题讨论一维问题,场量场量E 和和H 是坐标是坐标 x 和时间和时间 t 的函数。前述的函数。前述方程组可简化为：方程组可简化为：平面电磁波的波动方程平面电磁波的波动方程平面电磁波的波动方程平面电磁波的波动方程表明变化电磁场表明变化电磁场 Ey 和和Hz 是按波动形式传播。是按波动形式传播。场量场量E 和和H在在x方向的分量是常数。方向的

2、分量是常数。第3页，此课件共21页哦去掉去掉Ey 和和Hz 的下标的下标 y 和和 z，得得（E沿沿y方向）方向）（H 沿沿z方向）方向）平面电磁波平面电磁波的波动方程的波动方程 平面电磁波的波动方程平面电磁波的波动方程平面电磁波的波动方程平面电磁波的波动方程电磁波的波速电磁波的波速 真空中的波速真空中的波速第4页，此课件共21页哦2.2.2.2.电磁波的性质电磁波的性质电磁波的性质电磁波的性质沿沿 x 轴正方向传播的平面余弦电磁波特解：轴正方向传播的平面余弦电磁波特解：据据 计算出计算出H：H 和和E 有相同的频率有相同的频率,且两者同相位，二者满足：且两者同相位，二者满足：第5页，此课件共

3、21页哦平面简谐电磁波的传播平面简谐电磁波的传播 (1)(1)电磁波的电场和磁场都垂直于波的传播方向电磁波的电场和磁场都垂直于波的传播方向,三者相互三者相互垂直垂直,并构成右手螺旋关系。并构成右手螺旋关系。电磁波是横波电磁波是横波。电磁波的一般性质：电磁波的一般性质：电磁波的性质电磁波的性质电磁波的性质电磁波的性质第6页，此课件共21页哦(4)(4)任一时刻、空间任一点任一时刻、空间任一点,E 和和H 在量值上满足在量值上满足 (2)(2)沿给定方向传播的电磁波沿给定方向传播的电磁波,E 和和H 分别在各自平面内振分别在各自平面内振动，这种特性称为动，这种特性称为偏振偏振。(3)(3)E 和和

4、H 作周期性的变化，而且相位相同，同地同作周期性的变化，而且相位相同，同地同时达到最大，同地同时减到最小。时达到最大，同地同时减到最小。(5)(5)电磁波的传播速度电磁波的传播速度 通常通常 和和 与电磁波的频率有关，在介质中不同频率的与电磁波的频率有关，在介质中不同频率的电磁波具有不同的传播速度，此即电磁波在介质中的电磁波具有不同的传播速度，此即电磁波在介质中的色散现色散现象象。电磁波的性质电磁波的性质电磁波的性质电磁波的性质第7页，此课件共21页哦3.3.3.3.电磁波的能量电磁波的能量电磁波的能量电磁波的能量 电磁波所携带的电磁能量，称为电磁波所携带的电磁能量，称为辐射能辐射能。单位时间

5、内通。单位时间内通过垂直于传播方向的单位面积的辐射能过垂直于传播方向的单位面积的辐射能,称为称为能流密度能流密度或或辐射辐射强度强度。电场和磁场的能量体密度分别为电场和磁场的能量体密度分别为 电磁场的总能量体密度：电磁场的总能量体密度：辐射能量的传播速度是电磁波的传播速度，辐射能的传播辐射能量的传播速度是电磁波的传播速度，辐射能的传播方向是电磁波的传播方向。方向是电磁波的传播方向。第8页，此课件共21页哦电磁波的能量电磁波的能量电磁波的能量电磁波的能量dAP 点处垂直于电磁波点处垂直于电磁波 传播方向的微小面积传播方向的微小面积空间某点辐射强度的计算空间某点辐射强度的计算dl底面积为底面积为d

6、A的小长方的小长方 体的高体的高dAPdl小长方体中的电磁能量为小长方体中的电磁能量为w dA dl P点处的辐射强度点处的辐射强度S：波速波速第9页，此课件共21页哦利用利用 得得 辐射能的传播方向、辐射能的传播方向、E 的方向及的方向及H 的方向三者相互垂直，的方向三者相互垂直，辐射强度用矢量式表示为：辐射强度用矢量式表示为：辐射强度辐射强度矢量矢量S 也称为也称为坡印廷坡印廷(J.H.Poynting)矢量矢量。电磁波的能量电磁波的能量电磁波的能量电磁波的能量第10页，此课件共21页哦考虑平面余弦电磁波的情形考虑平面余弦电磁波的情形 据辐射强度计算公式，得据辐射强度计算公式，得 取一个周

7、期内的平均值，取一个周期内的平均值，的时的时间平均值为间平均值为1/2，平均辐射强度平均辐射强度因因 以及以及 ，得，得 电磁波的能量电磁波的能量电磁波的能量电磁波的能量与振幅平方成正比！与振幅平方成正比！第11页，此课件共21页哦4.4.4.4.电磁波的辐射电磁波的辐射电磁波的辐射电磁波的辐射提高振荡电流辐射电磁场的方法提高振荡电流辐射电磁场的方法 任何振动电荷或电荷系都是发射电磁波的波源任何振动电荷或电荷系都是发射电磁波的波源，如，如天线中振荡的电流、原子或分子中电荷的振动都会在其天线中振荡的电流、原子或分子中电荷的振动都会在其周围空间产生电磁波。周围空间产生电磁波。ILC+q-q 振荡偶

8、极子振荡偶极子：电流在直线形电路中往复振荡：电流在直线形电路中往复振荡,两两端出现正负交替的等量异号电荷。端出现正负交替的等量异号电荷。第12页，此课件共21页哦电磁波的辐射电磁波的辐射电磁波的辐射电磁波的辐射 赫兹在赫兹在18881888年采用振荡偶极子，实年采用振荡偶极子，实现了发送和接收电磁波。采用下图装置，现了发送和接收电磁波。采用下图装置，证实了振荡偶极子能够发射电磁波。证实了振荡偶极子能够发射电磁波。赫兹赫兹播放视频：来自空中的能量第13页，此课件共21页哦 电磁理论证明电磁理论证明,振荡偶极子在单位时间内辐射的能量振荡偶极子在单位时间内辐射的能量与频率的四次方成正比。为有效辐射电

9、磁能量，要求：与频率的四次方成正比。为有效辐射电磁能量，要求：(1)(1)振荡电路中所产生的电场和磁场必须散布到周围的空间振荡电路中所产生的电场和磁场必须散布到周围的空间中中 (2)(2)提高辐射频率提高辐射频率振荡偶极子电矩：振荡偶极子电矩：一条闭合一条闭合电场线的电场线的形成过程形成过程电磁波的辐射电磁波的辐射电磁波的辐射电磁波的辐射第14页，此课件共21页哦 振荡电偶极子不仅产生电场，而且产生磁场。振荡电偶振荡电偶极子不仅产生电场，而且产生磁场。振荡电偶极子周围的电磁场线如下图示：极子周围的电磁场线如下图示：电磁波的辐射电磁波的辐射电磁波的辐射电磁波的辐射第15页，此课件共21页哦5.5

10、.5.5.电磁波谱电磁波谱电磁波谱电磁波谱电磁波谱电磁波谱:按照频率或波长的顺序把电磁波排列成图表。按照频率或波长的顺序把电磁波排列成图表。第16页，此课件共21页哦电磁波谱电磁波谱电磁波谱电磁波谱名名称称长波长波中波中波中短波中短波短短 波波米米 波波 微微 波波分米分米波波厘米波厘米波毫米波毫米波波波长长30000-3000m3000-200m200-50m50-10m10-1m1m-10cm10-1cm1-0.1cm频频率率10-100kHz100-1500kHz1.5-6MHz6-30MHz30-300MHz300-3000MHz3000-30000MHz30000-300000MHz

11、主主要要用用途途越洋越洋长距长距离通离通信和信和导航导航无线无线电广电广播播电报通电报通信信无线电无线电广播、广播、电报通电报通信信调频无线调频无线电广播、电广播、电视广播、电视广播、无线电导无线电导航航电视、雷达、无电视、雷达、无线电导航及其他线电导航及其他专门用途专门用途各种无线电波的范围及用途各种无线电波的范围及用途第17页，此课件共21页哦0.400.450.500.550.600.650.700.75紫紫 蓝蓝 青青绿绿黄黄 橙橙红红可见光可见光 能使人眼产生视觉效应的电磁波段。能使人眼产生视觉效应的电磁波段。红外线红外线 波长范围在波长范围在0.76750mm之间的电磁波。之间的电

12、磁波。红外线最显著的性质是热效应。红外线最显著的性质是热效应。紫外线紫外线 波长范围在波长范围在410-710-9m之间的电磁波。之间的电磁波。紫外线有明显的生理作用。紫外线有明显的生理作用。电磁波谱电磁波谱电磁波谱电磁波谱第18页，此课件共21页哦 X 射线射线(伦琴射线伦琴射线)波长比紫外线更短的电磁波，波长比紫外线更短的电磁波，其波长范围在其波长范围在10-7 10-13m之间。之间。X 射线具有很强的穿透能力。射线具有很强的穿透能力。射线射线 在原子核内部的变化过程在原子核内部的变化过程(常称衰变常称衰变)发出的发出的一种波长极短的电磁波，其波长在一种波长极短的电磁波，其波长在310-

13、810-14m以下。以下。射线可应用于对金属探伤等，研究射线可应用于对金属探伤等，研究 射线可以帮射线可以帮助了解原子核的结构。助了解原子核的结构。电磁波谱电磁波谱电磁波谱电磁波谱第19页，此课件共21页哦 X 射线射线(伦琴射线伦琴射线)波长比紫外线更短的电磁波，波长比紫外线更短的电磁波，其波长范围在其波长范围在10-7 10-13m之间。之间。X 射线具有很强的穿透能力。射线具有很强的穿透能力。射线射线 在原子核内部的变化过程在原子核内部的变化过程(常称衰变常称衰变)发出的一发出的一种波长极短的电磁波，其波长在种波长极短的电磁波，其波长在310-810-14m以下。以下。射线可应用于对金属探伤等，研究射线可应用于对金属探伤等，研究 射线可以帮射线可以帮助了解原子核的结构。助了解原子核的结构。电磁波谱电磁波谱电磁波谱电磁波谱第20页，此课件共21页哦感谢大家观看第21页，此课件共21页哦