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1、时变电磁场和电磁波解读电磁学第九章时变电磁场和电磁波第九章时变电磁场和电磁波我们已经接受了电场和磁场的各样基本规律。作为最后一章，将要对这些规律加以总结。麦克斯韦于1865年第一将这些规律概括为一组基本方程，此刻称之为麦克斯韦方程组。依据它能够解决宏观电磁场的各种问题，特别是对于电磁波（包含光）的问题。本章第一列出麦克斯韦方程组，并分别说明各方程的物理意义。而后介绍电磁波的一般性质，包含此中电场和磁场的特点、能量和动量等。1麦克斯韦方程组一、麦克斯韦方程组电磁学的基本规律是真空中的电磁场规律，它们是ISEdSq1dV00VIISBdS0IIILEdldSBdSdt0tIVLBdl0I1de0S
2、(J0Ec2dt)dSt这就是对于真空的麦克斯韦方程组的积分形式。在已知电荷和电流散布的状况下，这组特别能够给出电场和磁场的唯一散布。特别是当初始条件给定后，这组方程还能唯一地预知电磁场今后变化的状况。正像牛顿运动方程能完整描绘质点的动力学过程同样，麦克斯韦特别组能完整描绘电磁场的动力学过程。二、方程组中各方程的物理意义方程I是写成的高斯定律，它说明电场强度和电荷的关系。只管电场和磁场的变化也相关系（如感生电场），但总的电场和电荷的联系总听从这一高斯定律。方程II是磁通连续定律，它说明，当前的电磁场理论以为在自然界中没有单调/1电磁学第九章时变电磁场和电磁波的“磁荷（”磁单极子）存在。方程II
3、I是法拉第电磁感觉定律，它说明变化的磁场和电场的联系。固然电场荷电场和电荷也有联系，但总的电场和磁场的联系总切合这一规律。方程IV是一般形式下的安培环路定理，它说明磁场和电流（即运动的电荷）以及变化的电场的联系。为了求出电磁场对带电粒子的作用进而预知粒子的运动，还需要洛伦兹力公式FqEqvB这一公式其实是电场E和磁场B的定义。2电磁波电磁波在此刻信息技术和人类生活的各个方面已成为不行或缺的“工具”了，从电饭锅、微波炉、手机、广播、电视到卫星遥感、宇宙飞翔的控制等都要利用电磁波。电磁波的可能存在是麦克斯韦在1873年依据他创办的电磁场理论导出的。依据上节介绍的方程组能够证明，电荷做加快运动（比如
4、简谐振动）时，其四周的电场和磁场将发生变化，而且这类变化会从电荷所在处向四外流传。这类相互密切联系的变化的电场和磁场就叫电磁波。麦克斯韦依据他获得的电磁波的流传速度和光速同样而把电磁波的领域扩展到了光现象。麦克斯韦的理论预知在20年后被赫兹用实考证明，进而宽阔了无线电应用的新时代。电磁波拥有的一般性质：(1)电磁波是横波，即电磁波中的电场E和磁场B的方向都和流传方向垂直。(2) 以最简单的电磁波即简谐电磁波（此中电场和磁场都做简谐变化分电磁波）为例，其电场方向和磁场方向也相互垂直，流传方向、电场方向和磁场方向三者形成右手螺旋关系（见图1）。kEB2电磁学第九章时变电磁场和电磁波(3) 电磁波中
5、电场和磁场的变化是同相的，即E和B同时达到各自的极大值（见图1）。E和B的大小有下述关系：BE/c(4)电磁波拥有能量。在真空中的电磁波单位体积的能量为（利用001/c2）wwewm0E2B20E20(Bc)222022再利用BE/c，可得w0E2在电磁波流传时，此中的能量也伴同流传，单位时间内经过与流传方向垂直的单位面积的能量，叫电磁波的能流密度，其时间均匀值就是电磁波的强度。能流密度的大小能够推导以下：如图2所示，设dA为垂直于流传方向的一个面元，在dt时间内经过此面元的能量应是底面积为dA，厚度为cdt的柱体内的能量。以S表示能流密度的大小，则应有SwdAcdtcwc0E2EBdAdt0能流密度是矢量，他的方向就是电磁波流传的方向。考虑到E和B的方向与流传方向的相互关系，上式能够写成矢量式S1EB0电磁波的能流密度矢量又叫坡印亭矢量，它是表示电磁波性质的一个重要物理量。对于简谐电磁波，各处的E和B都随时间做余弦式的变化。以Em和Bm分别表示电场和磁场的最大值（即振幅），则电磁波的强度I为ISc0E21c0Em22因为方均根值Erms与Em的关系为ErmsEm2，因此又有3电磁学第九章时变电磁场和电磁波Ic0Erms2*3电磁波的动量自学*4加快电荷的电场自学*5加快电荷的磁场自学作业：18.2，18.34
