电磁感应 电磁场.pptx

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1、18 8-0 0 教教学学基基本本要要求求8 8-1 1 电电磁磁感感应应定定律律8 8-2 2 动动生生电电动动势势和和感感生生电电动动势势8 8-3 3 自自感感和和互互感感*8 8-4 4 R L电电路路8 8-5 5 磁磁场场的的能能量量 磁磁场场能能量量密密度度8 8-6 6 位位移移电电流流 电电磁磁场场基基本本方方程程的的积积分分形形式式第1页/共107页2 一一 掌握掌握并能熟练应用法拉第电磁感应并能熟练应用法拉第电磁感应定律和楞次定律来计算感应电动势，并判明定律和楞次定律来计算感应电动势，并判明其方向其方向.二二 理解理解动生电动势和感生电动势的本动生电动势和感生电动势的本质

2、质.了解有旋电场的概念了解有旋电场的概念.三三 了解了解自感和互感的现象，会计算几自感和互感的现象，会计算几何形状简单的导体的自感和互感何形状简单的导体的自感和互感.第2页/共107页3 四四 了解了解磁场具有能量和磁能密度的概磁场具有能量和磁能密度的概念，会计算均匀磁场和对称磁场的能量念，会计算均匀磁场和对称磁场的能量.五五 了解了解位移电流和麦克斯韦电场的基位移电流和麦克斯韦电场的基本概念以及麦克斯韦方程组（积分形式）的本概念以及麦克斯韦方程组（积分形式）的物理意义物理意义.第3页/共107页4电磁感应 电磁场电电磁磁感感应应现现象象的的发发现现是是电电磁磁学学发发展展史史上上的的一一个个

3、重重要要成成就就，它它进进一一步步揭揭示示了了自自然然界界电电现现象象与与磁磁现现象象之之间间的的联联系。系。在在理理论论上上，它它为为揭揭示示电电与与磁磁之之间间的的相相互互联联系系和和转转化化奠奠定实验基础，促进了电磁场理论的形成和发展；定实验基础，促进了电磁场理论的形成和发展；在在实实践践上上，它它为为人人类类获获取取巨巨大大而而廉廉价价的的电电能能开开辟辟了了道道路，标志着一场重大的工业和技术革命的到来。路，标志着一场重大的工业和技术革命的到来。第4页/共107页5英国物理学家和化学家，电磁理论的创始人之一.他创造性地提出场的思想，最早引入磁场这一名称.1831年发现电磁感应现象，后又

4、相继发现电解定律，物质的抗磁性和顺磁性，及光的偏振面在磁场中的旋转.法拉第（Michael Faraday，17911867）第5页/共107页68-1 电磁感应定律电磁感应定律一、一、电磁感应现象电磁感应现象1、电磁感应现象的发现电磁感应现象的发现1820年，年，Oersted发现了电流的磁效应发现了电流的磁效应1831年年11月月24日，日，Faraday发现电磁感应现象发现电磁感应现象1834年，年，Lenz在分析实验的基础上，总结出了判在分析实验的基础上，总结出了判断感应电流分向的法则断感应电流分向的法则1845年年，Neumann借借助助于于安安培培的的分分析析，从从矢矢势势的的角度

5、推出了电磁感应定律的数学形式。角度推出了电磁感应定律的数学形式。第6页/共107页7一 电磁感应现象第7页/共107页82、电磁感应的几个典型实验电磁感应的几个典型实验感应电流与感应电流与N-S的的磁性、速度有关磁性、速度有关与与有有无无磁磁介介质质速速度度、电源极性有关电源极性有关与与有有无无磁磁介介质质开开关关速速度、电源极性有关度、电源极性有关第8页/共107页9感感生生电电流流与与磁磁感感应应强强度度的的大大小小、方方向向，与与截截面面积积S变化大小有关。变化大小有关。感感生生电电流流与与磁磁感感应应强强度度的的大大小小、方方向向，与与线线圈圈转转动动角角速速度大小方向有关。度大小方向

6、有关。通通过过一一个个闭闭合合回回路路所所包包围围的的面面积积的的磁磁通通量量发发生生变变化化时时，不不管管这这种种变变化化是是由由什什么么原原因因引引起起的的，回回路路中中就就有有电电流流产产生生，这种现象称为这种现象称为电磁感应现象电磁感应现象。感感应应电电流流：由由于于通通过过回回路路中中的的磁磁通通量量发发生生变变化化，而而在在回回路路中产生的电流。中产生的电流。感感应应电电动动势势：由由于于磁磁通通量量的的变变化化而而产产生生的的电电动动势势叫叫感感应应电电动势。动势。3、结论结论第9页/共107页10 当穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时，回路中会产生感应电动势，且感应电动势正

7、比于磁通量对时间变化率的负值.二 电磁感应定律国际单位制韦 伯伏 特负号表示感应电动势负号表示感应电动势总是反抗磁通的变化总是反抗磁通的变化第10页/共107页11（1）闭合回路由 N 匝密绕线圈组成 磁通匝数（磁链）（2）若闭合回路的电阻为 R，感应电流为第11页/共107页12 感应电动势的方向与回路取向相反 与回路成右螺旋NS第12页/共107页13 与与 L 反向反向 与与L 同向同向2、电动势方向电动势方向:确确定定回回路路绕绕行行方方向向；规规定定电电动动势势的的方方向向与与回回路路的的绕绕行行方方向向一致时为正。一致时为正。根根据据回回路路的的绕绕行行方方向向，按按右右手手螺螺旋

8、旋法法则则定定出出回回路路所所包包围围面面积积的的正正法法线线方方向向；在在根根据据回回路路所所包包围围面面积积的的正正法法线线方方向向，确确定磁通量的正负；定磁通量的正负；根据磁通量变化率的正负来确定感应电动势的方向。根据磁通量变化率的正负来确定感应电动势的方向。第13页/共107页14第14页/共107页15第15页/共107页三、楞次定律三、楞次定律楞次（Lenz,Heinrich Friedrich Emil）楞楞次次是是俄俄国国物物理理学学家家和和地地球球物物理理学学家家，生生于于爱爱沙沙尼尼亚亚的的多多尔尔帕帕特特。早早年年曾曾参参加加地地球球物物理理观观测测活活动动，发发现现并并

9、正正确确解解释释了了大大西西洋洋、太太平平洋洋、印印度度洋洋海海水水含含盐盐量量不不同同的的现现象象，1845年年倡倡导导组组织织了了俄俄国国地地球球物物理理学学会会。1836年年至至1865年年任任圣圣彼彼得得堡堡大大学学教教授授，兼兼任任海海军军和和师师范范等等院院校校物物理理学学教授。教授。楞楞次次主主要要从从事事电电学学的的研研究究。楞楞次次定定律律对对充充实实、完完善善电电磁磁感感应应规规律律是是一一大大贡贡献献。1842年年，楞楞次次还还和和焦焦耳耳各各自自独独立立地地确确定定了了电电流流热热效效应应的的规规律律，这这就就是是大大家家熟熟知知的的焦焦耳耳楞楞次次定定律律。他他还还定

10、定量量地地比比较较了了不不同同金金属属线线的的电电阻阻率率，确确定定了了电电阻阻率率与与温温度度的的关关系系；并建立了电磁铁吸力正比于磁化电流二次方的定律。并建立了电磁铁吸力正比于磁化电流二次方的定律。第16页/共107页17NS三 楞次定律 闭合的导线回路中所出现的感应电流，总是使它自己所激发的磁场反抗任何引发电磁感应的原因（反抗相对运动、磁场变化或线圈变形等）.第17页/共107页18NS用楞次定律判断感应电流方向NS第18页/共107页19 楞次定律是能量守恒定律的一种表现 维持滑杆运动必须外加一力，此过程为外力克服安培力做功转化为焦耳热.机械能焦耳热例如 3、楞次定律与能量守恒定律第1

11、9页/共107页20 例 在匀强磁场中，置有面积为 S 的可绕 轴转动的N 匝线圈.若线圈以角速度 作匀速转动.求线圈中的感应电动势.交流发电机原理：第20页/共107页21解设 时,与 同向,则令则第21页/共107页22交流电第22页/共107页238-2 动生电动势和感生电动势动生电动势和感生电动势 （1）稳恒磁场中的导体运动，或者回路面积变化、取向变化等 动生电动势 （2）导体不动，磁场变化 感生电动势引起磁通量变化的原因 第23页/共107页24 电动势+-I 闭合电路的总电动势 :非静电的电场强度.第24页/共107页25 OP一 动生电动势1 动生电动势的非静电力场来源 洛伦兹力

12、-+平衡时第25页/共107页26设杆长为 OP-+第26页/共107页272 从从运运动动导导线线切切割割磁磁场场线线导导出出动生电动势公式动生电动势公式等于导线单位时间切割磁场线的条数。等于导线单位时间切割磁场线的条数。一、动生电动势一、动生电动势均匀磁场均匀磁场第27页/共107页283、动生电动势产生过程中动生电动势产生过程中的能量转换的能量转换每个电子受的洛仑兹力每个电子受的洛仑兹力洛仑兹力对电子做功的代数和为零洛仑兹力对电子做功的代数和为零对电子做正功对电子做正功反抗外力做功反抗外力做功结结论论：洛洛仑仑兹兹力力的的作作用用并并不不提提供供能能量量，而而只只是是传传递递能能量量，即

13、即外外力力克克服服洛洛仑仑兹兹力力的的一一个个分分量量 f所所做做的的功功，通通过过另另一一个个分分量量 f/转转换换为为动动生生电电流流的的能能量量。实实质质上上表表示示能能量量的的转转换和守恒。换和守恒。第28页/共107页294、动生电动势的计算动生电动势的计算闭合导体回路闭合导体回路不闭合回路不闭合回路第29页/共107页30解 根据楞次定律，判断感应电动势的方向 例1 一长为 的铜棒在磁感强度为 的均匀磁场中，以角速度 在与磁场方向垂直的平面上绕棒的一端转动，求铜棒两端的感应电动势.OP 方向 O P第30页/共107页31 OP 方向 O P解法解法2：用法拉第电磁感应定律：用法拉

14、第电磁感应定律第31页/共107页32 例2 一导线矩形框的平面与磁感强度为 的均匀磁场相垂直.在此矩形框上，有一质量为 长为 的可移动的细导体棒 ；矩形框还接有一个电阻 ，其值较之导线的电阻值要大得很多.开始时，细导体棒以速度 沿如图所示的矩形框运动，试求棒的速率随时间变化的函数关系.+第32页/共107页33方向沿 轴反向解 如图建立坐标棒中且由+则第33页/共107页34例 3 法拉第电机:圆盘发电机，一半径为R1的铜薄圆盘，以角速率 ，绕通过盘心垂直的金属轴 O转动，轴的半径为R2，圆盘放在磁感强度为 的均匀磁场中，的方向亦与盘面垂直.有两个集电刷a，b分别与圆盘的边缘和转轴相连.试计

15、算它们之间的电势差，并指出何处的电势较高.第34页/共107页35.解因为 ，所以不 计圆盘厚度.如图取线元（方法一）第35页/共107页36圆盘边缘的电势高于中心转轴的电势.第36页/共107页37（方法二）则取一虚拟的闭合回路 并取其绕向与 相同.第37页/共107页38 设 时点 与点 重合即则 时刻盘缘的电势高于中心.第38页/共107页39二 感生电动势 产生感生电动势的 非静电场 感生电场 麦克斯韦假设 变化的磁场在其周围空间激发一种电场感生电场 .第39页/共107页40闭合回路中的感生电动势第40页/共107页41感生感生电场电场静静电场电场非非保守场保守场保守场保守场由变化的

16、磁场由变化的磁场产生产生由电荷产生由电荷产生感生电场和静电场的对比第41页/共107页42感感生生电电场场的的电电场场线线是是无无头头无无尾尾的的闭闭合合曲曲线线，所所以以又又叫叫涡涡旋电场旋电场。感感生生电电场场和和磁磁感感应应强强度度的的变变化化连连在在一一起起。变变化化的的磁磁场场和和它它所所激激发发的的感感生生电电场场，在在方方向向上上满满足足反反右手螺旋关系右手螺旋关系左手螺旋关系左手螺旋关系。感生电场与静电场相比感生电场与静电场相比相同处：相同处：1.对电荷都有作用力。对电荷都有作用力。2.若有导体存在都若有导体存在都能形成电流能形成电流不相同处：不相同处：1.涡旋电场不是由电荷激

17、发，涡旋电场不是由电荷激发，是由变化磁场激发。是由变化磁场激发。2.涡涡旋旋电电场场电电场场线线不不是是有有头头有有尾尾，是闭合曲线。是闭合曲线。说明：说明：k k第42页/共107页43例例 设设空空间间有有磁磁场场存存在在的的圆圆柱柱形形区区域域的的半半径径为为R=5cm，磁磁感感应应强强度度对对时时间间的的变变化化率率为为dB/dt=0.2T/s，试试计计算算离离开开轴轴线线的的距距离离r等于等于2cm、5cm及及10cm处的涡旋电场。处的涡旋电场。解解：如如图图所所示示，以以为为半半径径r作作一一圆圆形形闭闭合合回回路路L，根根据据磁磁场场分分布布的的轴轴对对称称性性和和感感生生电电场

18、场的的电电场场线线呈呈闭闭合合曲曲线线特特点点，可可知知回回路路上上感感生生电电场场的的电电场场线线处处在在垂垂直直于于轴轴线线的的平平面面内内，它它们们是是以以轴轴为为圆圆心心的的一一系系列列同同心心圆圆，同同一一同同心心圆圆上上任任一一点点的的感感生生电电场场的的Ek大大小小相相等等，并并且且方方向向必必然然与与回回路路相相切切。于于是是沿沿L取取Ek的线积分，有：的线积分，有：若若rR，则，则 第43页/共107页44故本题的结果为：故本题的结果为：r=2cm时时,r=5cm时时,r=10cm时时,若若rR，则，则 第44页/共107页45原原理理：在在电电磁磁铁铁的的两两磁磁极极间间放

19、放一一个个真真空空室室，电电磁磁铁铁是是由交流电来激磁的。由交流电来激磁的。当当磁磁场场发发生生变变化化时时，两两极极间间任任意意闭闭合合回回路路的的磁磁通通发发生生变变化化，激激起起感感生生电电场场，电电子子在在感感生生电电场场的的作作用用下下被被加加速速，电电子子在在Lorentz力力作作用用下下将将在在环环形形室室内内沿沿圆圆周周轨轨道道运动。运动。三 电子感应加速器第45页/共107页46三 电子感应加速器R环形真空室电子轨道OBFvBEK 第46页/共107页47R环形真空室电子轨道OBFv由洛伦兹力和牛顿第二定律，有其中，BR为电子轨道所在处的磁感强度.第47页/共107页48四、

20、涡电流四、涡电流1、涡电流涡电流大大块块导导体体处处在在变变化化磁磁场场中中，或或者者相相对对于于磁磁场场运运动动时时，在在导导体体内内部部也也会会产产生生感感应应电电流流。这这些些感感应应电电流流在在大大块块导导体体内内的的电电流流流流线线呈呈闭闭合合的的涡涡旋旋状状，被被称称为为涡涡电电流流或涡流。或涡流。2、涡流的热效应涡流的热效应电阻小，电流大，能够产电阻小，电流大，能够产生大量的热量。生大量的热量。3、应用应用高频感应炉高频感应炉加热加热真空无按触加热真空无按触加热第48页/共107页494、涡流的阻尼作用涡流的阻尼作用当当铝铝片片摆摆动动时时，穿穿过过运运动动铝铝片片的的磁磁通通量

21、量是是变变化化的的，铝铝片片内内将将产产生生涡涡流流。根根据据楞楞次次定定律律感感应应电电流流的的效效果果总总是是反反抗抗引引起起感感应应电电流流的的原原因因。因因此此铝铝片片的的摆摆动动会会受受到到阻滞而停止，这就是阻滞而停止，这就是电磁阻尼电磁阻尼。应用：电磁仪表中使用的阻尼电键应用：电磁仪表中使用的阻尼电键 电气火车中的电磁制动器电气火车中的电磁制动器5、涡流的防止涡流的防止用用相相互互绝绝缘缘叠叠合合起起来来的的、电电阻阻率率较较高高的的硅硅钢钢片片代代替替整整块块铁铁芯芯，并并使使硅硅钢钢片片平平面与磁感应线平行；面与磁感应线平行；选用电阻率较高的材料做铁心。选用电阻率较高的材料做铁

22、心。第49页/共107页50一 自感电动势 自感（1）自感 若线圈有 N 匝，磁通匝数 无铁磁质时，自感仅与线圈形状、磁介质及 N 有关.注意自感 第50页/共107页51（2）自感电动势 当时，自感第51页/共107页52（3）自感的计算方法 解 先设电流 I 根据安培环路定理求得HB 例1 如图的长直密绕螺线管，已知 求其自感 （忽略边缘效应）.(1)假设电流假设电流I分布分布;(2)计算计算F;(3)F;(3)由由L=F F/I求出求出L第52页/共107页53（一般情况可用下式测量自感）（4）自感的应用 稳流，LC 谐振电路 滤波电路，感应圈等第53页/共107页54 例 2 有两个同

23、轴圆筒形导体，其半径分别为 和 ，通过它们的电流均为 ，但电流的流向相反.设在两圆筒间充满磁导率为 的均匀磁介质，求其自感 .第54页/共107页55则解 两圆筒之间 如图在两圆筒间取一长为 的面 ，并将其分成许多小面元.第55页/共107页56单位长度的自感为第56页/共107页57二 互感电动势 互感 在 电流回路中所产生的磁通量 在 电流回路 中所产生的磁通量 1、互感现象互感现象当当线线圈圈1中中的的电电流流变变化化时时，所所激激发发的的磁磁场场会会在在它它邻邻近近的的另另一一个个线线圈圈2中中产产生生感感应应电电动动势势；这这种种现现象象称称为为互互感感现现象象。该电动势叫该电动势叫

24、互感电动势互感电动势。第57页/共107页58（1）互感系数 注意 互感仅与两个线圈形状、大小、匝数、相对位置以及周围的磁介质有关.第58页/共107页59 互感系数问：下列几种情况互感是否变化？（1）线框平行直导线移动；（2）线框垂直于直导线移动；（3）线框绕 OC 轴转动；（4）直导线中电流变化.OC（2）互感电动势 第59页/共107页60 例3 两同轴长直密绕螺线管的互感 有两个长度均为l，半径分别为r1和r2（r1r2），匝数分别为N1和N2的同轴长直密绕螺线管.求它们的互感 .第60页/共107页61 解 先设某一线圈中通以电流 I 求出另一线圈的磁通量 设半径为 的线圈中通有电流

25、 ，则第61页/共107页62代入 计算得则穿过半径为 的线圈的磁通匝数为第62页/共107页63 例 4 在磁导率为 的均匀无限大的磁介质中，一无限长直导线与一宽、长分别为b 和 l 的矩形线圈共面，直导线与矩形线圈的一侧平行，且相距为 .求二者的互感系数.第63页/共107页64解 设长直导线通电流第64页/共107页658-4 RL电路电路为时间常数为时间常数K与与1相相连连，电电路路中中出出现现电电流流。由由于于电电流变化从而在回路中出现自感电动势。流变化从而在回路中出现自感电动势。利用初始条件利用初始条件令令一、电流的增加一、电流的增加II0t电流极大值电流极大值当当当当第65页/共

26、107页66当当电电流流得得到到极极大大值值时时，开开关关与与2接接通，此时电路中的电流衰减。通，此时电路中的电流衰减。自自感感的的作作用用将将使使电电路路中中的的电电流流不不会会瞬瞬间间突突变变。从从开开始始变变化化到到趋趋于于恒恒定定状状态态的的过过程程叫叫暂暂态态过过程程。时时间间常常数数表表征征该该过过程程的的快快慢慢。当当t大大于于 的的若若干干倍倍以以后后，暂态过程基本结束。暂态过程基本结束。当当t=t=时，时，I=0.37e/R；当当t=3t=3 时，时，I=0.05e/R；当当t=5t=5 时，时，I=0.007e/R。二、电流的衰减二、电流的衰减I II0t第66页/共107

27、页67自感线圈磁能回路电阻所放出的焦耳热电源作功电源反抗自感电动势作的功8-5 磁场的能量磁场的能量一、线圈贮存的能量自感磁能:第67页/共107页68 自感线圈磁能定义磁场的能量密度定义磁场的能量密度第68页/共107页69 磁场能量密度 磁场能量第69页/共107页70 例 如图同轴电缆，中间充以磁介质，芯线与圆筒上的电流大小相等、方向相反.已知 ，求单位长度同轴电缆的磁能和自感.设金属芯线内的磁场可略.第70页/共107页71解 由安培环路定律可求 H 则第71页/共107页72 单位长度壳层体积第72页/共107页73麦克斯韦（18311879）英国物理学家他提出了有旋电场和位移电流概

28、他提出了有旋电场和位移电流概念，建立了经典电磁理论，并预念，建立了经典电磁理论，并预言了以光速传播的电磁波的存在。言了以光速传播的电磁波的存在。他的他的电磁学通论电磁学通论与牛顿时代与牛顿时代的的自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理并驾并驾齐驱，它是人类探索电磁规律的齐驱，它是人类探索电磁规律的一个里程碑。一个里程碑。在气体动理论方面，他还提出气在气体动理论方面，他还提出气体分子按速率分布的统计规律。体分子按速率分布的统计规律。8-6 位移电流、电磁场基本方程的积分形式位移电流、电磁场基本方程的积分形式第73页/共107页74 1865 年麦克斯韦在总结前人工作的基础上，提出完整的电磁场理论，

29、他的主要贡献是提出了“有旋电场”和“位移电流”两个假设，从而预言了电磁波的存在，并计算出电磁波的速度（即光速）.(真空中 )第74页/共107页75 1888 年赫兹的实验证实了他的预言，麦克斯韦理论奠定了经典电动力学的基础，为无线电技术和现代电子通讯技术发展开辟了广阔前景.(真空中 )第75页/共107页76一 位移电流 全电流安培环路定理+-I（以 L 为边做任意曲面 S）稳恒磁场中，安培环路定理1 问题的提出问题的提出对于非稳恒电路对于非稳恒电路,传导电流不连续传导电流不连续,安培环路定理不成立。安培环路定理不成立。第76页/共107页77 麦克斯韦假设 电场中某一点位移电流密度等于该点

30、电位移矢量对时间的变化率.+-IIAB2 解决问题的方法第77页/共107页78 位移电流 位移电流密度 通过电场中某一截面的位移电流等于通过该截面电位移通量对时间的变化率.+-麦克斯韦位移电流定义麦克斯韦位移电流定义电电场场中中某某一一点点位位移移电电流流密密度度jd，等等于于该该点点的的电电位位移移矢矢量量D对对时时间间的的变变化化率率，通通过过电电场场中中某某一一截截面面位位移移电电流流Id等于通过该截面电位移通量等于通过该截面电位移通量 对时间的变化率。对时间的变化率。第78页/共107页79（1）全电流是连续的；（2）位移电流和传导电流一样激发磁场；（3）传导电流产生焦耳热，位移电流

31、不产生焦耳热.+-全电流3 全电流定律全电流定律若电路中同时存在传导电流若电路中同时存在传导电流Ic与位移电流与位移电流Id，定义，定义全全电流电流。安培环路定理可修正为第79页/共107页80*例1 有一圆形平行平板电容器，现对其充电，使电路上的传导电流 ，若略去边缘效应，求（1）两极板间的位移电流；（2）两极板间离开轴线的距离为 的点 处的磁感强度.第80页/共107页81 解 如图作一半径为 平行于极板的圆形回路，通过此圆面积的电位移通量为*第81页/共107页82计算得代入数据计算得*第82页/共107页83二二 电磁场电磁场 麦克斯韦电磁场方程的麦克斯韦电磁场方程的 积分形式积分形式

32、 磁场高斯定理 安培环路定理 静电场环流定理 静电场高斯定理第83页/共107页84方程的积分形式麦克斯韦电磁场（1）有旋电场麦克斯韦假设（2）位移电流第84页/共107页85三、麦克斯韦方程组的微分形式三、麦克斯韦方程组的微分形式方程的微分形式麦克斯韦电磁场各向同性介质中各向同性介质中第85页/共107页86电磁振荡与电磁波麦麦克克斯斯韦韦：电电磁磁场场理理论论，证证明明电电磁磁场场以以波波的的形形式式传传播播，波速为光速。波速为光速。赫兹：赫兹：1888年用实验证明了电磁波的存在。年用实验证明了电磁波的存在。波波波波夫夫：1895年年发发明明了了无无线线电电报报接接收收机机，1896年年3

33、月月表表演了距离为演了距离为250m的无线电报传送。的无线电报传送。马马可可尼尼：1897年年第第一一次次实实现现了了9英英里里的的无无线线电电联联系系；1899年年实实现现了了横横跨跨英英吉吉利利海海峡峡的的无无线线电电通通讯讯；1901年年完完成成了了从从法法国国穿穿越越大大西西洋洋到到达达加加拿拿大大的的无无线线电电通通讯讯。1909年他获得了诺贝尔物理学奖金。年他获得了诺贝尔物理学奖金。内容：内容：电磁振荡和电磁波的产生，电磁波的特性等。电磁振荡和电磁波的产生，电磁波的特性等。第86页/共107页87赫兹赫兹（Hertz,H.R.,1857-1894）德国物理学家德国物理学家用实验证实

34、了电磁波的存在，并确认了电磁波是用实验证实了电磁波的存在，并确认了电磁波是横波，具有与光类似的特性，并且实验了两列电横波，具有与光类似的特性，并且实验了两列电磁波的干涉，同时证实了在直线传播时，电磁波磁波的干涉，同时证实了在直线传播时，电磁波的传播速度与光速相同，从而验证了麦克斯韦的的传播速度与光速相同，从而验证了麦克斯韦的电磁理论的正确性。电磁理论的正确性。1888年，成了近代科学史上的一座里程碑。赫兹年，成了近代科学史上的一座里程碑。赫兹的发现具有划时代的意义，它不仅证实了麦克斯的发现具有划时代的意义，它不仅证实了麦克斯韦发现的真理，更重要的是开创了无线电电子技韦发现的真理，更重要的是开创

35、了无线电电子技术的新纪元。术的新纪元。为了纪念他的功绩，人们用他的名字来命名各种为了纪念他的功绩，人们用他的名字来命名各种波动频率的单位，简称波动频率的单位，简称“赫赫”。第87页/共107页88补充：补充：电磁振荡电磁振荡 电磁波电磁波一、振荡电路一、振荡电路 无阻尼自由电磁振荡无阻尼自由电磁振荡1、LC振荡电路振荡电路充电：充电：电容器电容器C两极板间的电压：两极板间的电压：U0=两极板上等量异号电荷：两极板上等量异号电荷：+Q0、-Q0；放电：放电：电路无电流，电场能量集中在电容器两极板间。电路无电流，电场能量集中在电容器两极板间。第88页/共107页89二、无阻尼电磁振荡的振荡方程二、

36、无阻尼电磁振荡的振荡方程1、电量电量设某时刻电路中电流为设某时刻电路中电流为i，则自感电动势，则自感电动势第89页/共107页902、电流电流把电量对时间求导把电量对时间求导3、说明说明电电量量与与电电流流都都作作周周期期性性变变化化，电电流相位比电量的相位超前；流相位比电量的相位超前；LC振振荡荡电电路路的的频频率率是是由由振振荡荡电电路路本身的性质决定的；本身的性质决定的；改改变变电电感感L或或电电容容C就就可可以以得得到到所需的频率。所需的频率。第90页/共107页91三、无阻尼自由振荡的能量三、无阻尼自由振荡的能量1 电场能量电场能量2 磁场能量磁场能量3 总能量总能量电场能量与磁场能

37、量互相转化，但总能量保持不变。电场能量与磁场能量互相转化，但总能量保持不变。无阻尼自由电磁振荡是理想化的模型，它要求：无阻尼自由电磁振荡是理想化的模型，它要求：电阻为零，不因为产生的焦耳热而损失电磁能；电阻为零，不因为产生的焦耳热而损失电磁能；不存在电动势，没有其他的能量转化为电磁能；不存在电动势，没有其他的能量转化为电磁能；电磁还不能以电磁波的形式辐射出去。电磁还不能以电磁波的形式辐射出去。第91页/共107页92例例 已已知知LC电电路路中中的的电电场场能能量量与与磁磁场场能能量量之之和和为为一一常常量量，试由此导出试由此导出LC电路的振荡方程。电路的振荡方程。证：电场能量证：电场能量磁场

38、能量磁场能量将上式对将上式对t求导，得求导，得第92页/共107页93 电场发生变化电场发生变化产生变化的磁场产生变化的磁场产生新的变化电场产生新的变化电场变变化化的的电电场场与与变变化化的的磁磁场场交交替替变变化化，由由近近及及远远传传播播出出去去，这这种种变化的电磁场在空间以一定的速度传播的过程，就是变化的电磁场在空间以一定的速度传播的过程，就是电磁波电磁波。产生电磁波的物理基础产生电磁波的物理基础变化的磁场激发涡旋电场（即感应电场）变化的磁场激发涡旋电场（即感应电场）变化的电场（位移电流）激发涡旋磁场变化的电场（位移电流）激发涡旋磁场电磁波的产生与传播电磁波的产生与传播第93页/共107

39、页94一、电磁波的产生与传播一、电磁波的产生与传播1、LC振荡电路辐射电磁波的条件振荡电路辐射电磁波的条件振振荡荡频频率率足足够够高高辐辐射射能能量量与与频频率率的的四四次次方方成成正正比比，因因而而频率约高，辐射能量约高；频率约高，辐射能量约高；电电路路开开放放LC是是集集中中性性元元件件，电电场场能能量量集集中中在在电电容容器器中中，磁磁场场能能量量集集中中在在线线圈圈中中，为为了了把把电电磁磁能能辐辐射射出出去去，电电路路必必须须是开放型的。是开放型的。LC振荡电路就演变为振荡偶振荡电路就演变为振荡偶极子极子电源电源第94页/共107页95不同时刻振荡电偶极子附近的电场线+-振荡电偶极子

40、附近的电磁场线第95页/共107页96极轴传播方向电磁波传播速度结论：结论：电电磁磁波波频频率率就就是是电电偶偶极极子子振振荡荡的的频率；频率；电电场场与与磁磁场场的的振振幅幅与与电电偶偶极极子子振振荡频率的平方成正比；荡频率的平方成正比；电磁波是横波，电磁波是横波，Er，Hr电场与磁场的振动相位相同。电场与磁场的振动相位相同。第96页/共107页97平面电磁波在离电偶极子很远的地方，则可以看成是平面波在离电偶极子很远的地方，则可以看成是平面波第97页/共107页98二 平面电磁波的特性(1)电磁波是横波,(2)和 同相位 第98页/共107页99(3)和 数值成比例 (4)电磁波传播速度为真

41、空中波速等于光速 第99页/共107页100三 电磁波的能量辐射能 以电磁波的形式传播出去的能量.电磁波的能流密度 电磁场能量密度 电磁波的能流密度(坡印廷)矢量 又第100页/共107页101平面电磁波能流密度平均值 振荡偶极子的平均辐射功率 电磁波的能流密度(坡印廷)矢量 第101页/共107页102760 nm400 nm 可见光 电电 磁磁 波波 谱谱红外线 紫外线 射 线X射线长波无线电波频率波长短波无线电波四 电磁波谱电电磁磁波波的的范范围围很很广广。为为了了便便于于比比较较，以以便便对对各各种种电电磁磁波波有有全全面面的的了了解解，我我们们可可以以按按照照波波长长（或或频频率率）

42、的大小，把它们依次排成波谱，称为的大小，把它们依次排成波谱，称为电磁波谱电磁波谱。第102页/共107页103无线电波可 见 光红 外 线紫 外 光 射 线 射 线第103页/共107页104无线电波：长波：无线电波：长波：31033104m，远洋长距离通讯与导航，远洋长距离通讯与导航中波：中波：2003103m，航海，航空定向，无线电广播航海，航空定向，无线电广播短波：短波：10200m，无线电广播，电极通讯等。无线电广播，电极通讯等。超短波：超短波：110m，电视，雷达电导航电视，雷达电导航微波：微波：0.1cm1m，电视，雷达电导航电视，雷达电导航红外线：红外线：0.76600mm，热效应热效应可见光：可见光：0.400.76mm紫外光：紫外光：0.4m50A0 ，生理作用，杀菌，诱杀昆虫，医疗，生理作用，杀菌，诱杀昆虫，医疗x射线：射线：500.4 A0 ，穿透能力强，人体透视晶体结构分析，穿透能力强，人体透视晶体结构分析g 射线：射线：0.4A0 ，研究原子核结构，研究原子核结构第104页/共107页105第105页/共107页106第106页/共107页107感谢您的观看！第107页/共107页