电磁波
一、电磁波的产生机理 靠的是两条原理： B t → E （感生电场）


E t → B （感生磁场）
注意：
1) 电场与磁场相互激发，可以脱离最初激发它们的传导电流 或电荷而独立存在；
2) 上述感生电场和感生磁场以波的形式向周围传播出去，即 形成电磁波。
电磁波的形成：变化的电场和变化的磁场不断地交
m
c2
(为单位体积中的电磁能量）
相应的动量：

(
)c



S
c2
cc
五、电磁振荡与振荡电偶极子
1、LC电路 ＿振荡电路
方程： d2q 2q, 2 1
dt 2
LC
LC K
A B

方程解为：
q
I I
q0 cos(t
0 cos(t




2
)
)
在电路中电流或电荷的振动称为电磁振荡。
e
0
P 电矩的振幅， 角频率
0
以上只分析了振荡电偶极子附近一条闭合电场
的形成过程。实际上在离电偶极子较远的地方
电场线都是闭合的而且随着距离增大，波面逐
渐趋于切线方向
此外，振荡电偶极子不仅产生电场，而且产
生磁场，磁感线，它们是以电偶极子为轴的
一系列同心圆
E

E B

B
B
电磁振源
变化的电场和变化的磁场不断地交替产生，由近及远以有限 的速度在空间传播
产生替条产件生，由近及远以有限的速度在空间传播
波源 如：通以交变电压和电流的电容、线圈 不需要借助于任何，可在真空中传播介质
二、平面电磁波的波动方程
y
E
u
2E 1 2E
t 2 x 2
( E沿y方向）
H
E
2H 1 2H
t 2


x 2
( H沿z方向）
H
x 其中波速u 1

矢量表达 S EH
对于平面电磁波：
E

E0
cos[(t

x u
)

0
],
H

H0
cos[(t

x u
)

0
]
S

E0 H 0
cos2[(t

x) u
0 ],
四、电磁波的动量
T
S
0
Sdt T

1 2
E0 H 0
质能关系式： E mc 2
真空中电磁波的质量
（1）振荡电路中所产生的电场和磁场必须散布 到周围的空间中
（2）提高辐射频率
如图所示，增高振荡电流的频率并开放电磁场的方法
-q 这样电场和磁场就分散在周围空间。
七、电磁波的交替变化，因
而电场与磁场也随着时间不断变化。其电场变化如
图所示：
P P cost
E H
（5）电磁波的传播速度： u
1

三、电磁波的能量
总能量体密度：


e
m

1 2
(E 2

H 2 )
能流密度（辐射强度或坡印廷矢量）：
单位时间内通过垂直于传播方向的单位面积的
辐射能。 S

dAdl
dAdt
u u (E 2 H 2 )
2
又u 1 和 E H E uH
同时振荡电路形成的电磁场能量几乎局限在
电容器的极板间和自感线圈中，而不能显著地 向外辐射电磁能量。
2、振荡电偶极子： 电矩作迅速周期性变化的电偶极子称为振荡电偶极子。
p＝p0 cost
其中：p0为电矩振幅+，q 为圆频率。
-q
六、电磁波的辐射
1 辐射规律 理论已证明，振荡电偶极子在单位时间内辐射的 能量与频率的四次方成正比，为了使电磁波能量 显著地传播出去，对振荡电路有如下要求。
能量：
Ee

q2 2C

q02 2C
cos2 (t
)
Em

LI 2 2

q02 2C
sin 2 (t
)
能量：
E

Ee
Em
q02 2C

LI
2 0
2
LC
A B

K
上式说明：在LC电路中电量或电流的周期性振 荡，使电场能量和磁场能量不断地相互转化， 但其总和保持不变，电磁场能量守恒。
八、电磁波的发现
1888年，在柏林有一位叫赫兹的年轻教授做实验发 现了电磁波
振子
A
感应圈
B
九、电磁波的应用
无线电报（1894年）、 无线电广播（1906年）、无 线电无线电话（1916年）、短波通讯（1921年）、 无线电传真（1923年）、电视（1929年）、微波通 讯（1933年）、雷达（1935年），以及遥控、遥感、 卫星通讯、射电天文学 ……它们使整个世界面貌发生 了深刻的变化。
z
E

H
真空中c 1
0 0
平面简谐电磁波的性质
E
y u
H
E
（1）电磁波的电场和磁场都 垂直于波的传播方向，三者相 互垂直，满足右手螺旋法则，
H
x
所以电磁波是横波。 （2）沿给定方向传播的电磁
z
E
H
波，E和H分别在各自平面内
振动，这种特性称为偏振。
（3） E和H都在作周期性的变化，而且相位相同。 （4）任一时刻在空间任一点E和H在量值上的关系：
十、电磁波谱
电磁波的范围很广，其本质相同，只是频率 （波长）不同而具有不同的特性。 将电磁波按波长或频率排列起来得到电磁波谱。 电磁波分为无线电波，红外线，可见光，紫外 线，X射线，射线，宇宙射线等。 无线电波：长波、中波、中短波、短波、米波、微波
光波： 波长400_700nm X射线： 波长0.01_10nm