《農(nóng)學(xué)光電子技術(shù)第一章電磁波與光波》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《農(nóng)學(xué)光電子技術(shù)第一章電磁波與光波（45頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,光電子技術(shù),電磁波與光波,電磁波與光波,麥克斯韋方程組及其物理意義,麥克斯韋方程組的積分形式,麥克斯韋方程組的微分形式,介質(zhì)方程與邊界條件,平面電磁波的性質(zhì),光的電磁理論與電磁波譜,麥克斯韋方程組及其物理意義,麥克斯韋方程組的積分形式,去,去,去,庫(kù)侖定律,的推導(dǎo),電場(chǎng)強(qiáng)度,圖 示,的推導(dǎo),電場(chǎng)中的高斯定理,：,通過任一封閉曲面S的電通量等于該曲面所包圍的所有電荷電量的代數(shù)和除以,。,(1.5)式中的q0為高斯面內(nèi)的自由電荷，而(1.4)式中的q那么是包括束縛電荷在內(nèi)的總電荷。,表示電位移矢量與源自由電荷之

2、間的關(guān)系。,回,的獲得,靜電場(chǎng)中的環(huán)路定理：靜電場(chǎng)中的場(chǎng)強(qiáng)沿任意閉合環(huán)路的線積分恒等于零，即“靜電場(chǎng)力作功與路徑無(wú)關(guān)。,非穩(wěn)定條件下的環(huán)路定理,：,表示變化的磁場(chǎng)可感應(yīng)出渦旋電場(chǎng),回,磁學(xué)中的高斯定理,：通過任一封閉曲面S的磁通量恒等于零。,的獲得,表示磁力線是閉合的，無(wú)頭無(wú)尾的。,回,的獲得,安培環(huán)路定律,：,磁感應(yīng)強(qiáng)度沿任何閉合環(huán)路,l,的線積分等于穿過這個(gè)環(huán)路的所有電流強(qiáng)度代數(shù)和的倍,。,在非穩(wěn)定條件下，安培環(huán)路定律還需加上麥克斯韋位移電流假設(shè),：,表示了電場(chǎng)隨時(shí)間變化，將產(chǎn)生變化磁場(chǎng)，同時(shí)傳導(dǎo)電流也將產(chǎn)生磁場(chǎng)。,回,場(chǎng)的概念數(shù)量場(chǎng)矢量場(chǎng),場(chǎng)的概念,所謂場(chǎng)，就是指物理量在空間或一局部空間

3、中的分布。如電位場(chǎng)、溫度場(chǎng)等。,數(shù)量場(chǎng)矢量場(chǎng),數(shù)量場(chǎng)，分布在空間的物理量是數(shù)量又稱標(biāo)量場(chǎng)，例如電位場(chǎng)。,矢量場(chǎng)，分布在空間的物理量是矢量又稱向量場(chǎng)，例如，力場(chǎng)、速度場(chǎng)、電場(chǎng)強(qiáng)度場(chǎng)、磁場(chǎng)強(qiáng)度場(chǎng)等。,數(shù)量場(chǎng)的梯度,梯度的概念,在一個(gè)數(shù)量場(chǎng)中例如一個(gè)描述電位分布的場(chǎng)，場(chǎng)中某點(diǎn)的梯度，是指在該點(diǎn)沿某個(gè)方向上具有最大的變化率變化最陡，那么這個(gè)最大變化率就是該點(diǎn)梯度的值；這個(gè)具有最大變化率的方向就是梯度的方向。,梯度是一個(gè)矢量，gradent(grad u)。,數(shù)量場(chǎng)的梯度,梯度的倒三角符號(hào)表示方法哈密頓算符，定義為：,因此可得某個(gè)標(biāo)量場(chǎng)的表示為：,矢量場(chǎng)的散度,散度的概念,場(chǎng)中某點(diǎn)單位體積矢量場(chǎng)發(fā)散的凈

4、通量。一個(gè)矢量場(chǎng)A的散度divergence可縮寫為divA。,散度的倒三角符號(hào)表示式,矢量場(chǎng)A 的散度用倒三角符號(hào)表示為,矢量場(chǎng)的旋度,旋度的概念,矢量場(chǎng)旋度的大小是指場(chǎng)中某點(diǎn)單位面積上的最大渦旋量；其方向是具有最大渦旋時(shí)面積元的方向。,旋度rotation可縮寫為rotA。,旋度的三角符號(hào)表示式,高斯(Gauss)定理,高斯定理是,關(guān)于空間區(qū)域上的,三重積分,與其邊界上的,曲面積分,之間關(guān)系的一個(gè)定理，表示為：,高斯定理描述了矢量場(chǎng)中矢量函數(shù)沿封閉曲面S的面積分，等于該矢量函數(shù)的散度對(duì)該曲面包圍體積的體積分。,散度是描述矢量場(chǎng)中一個(gè)點(diǎn)上的特性，而高斯定理表達(dá)式左端描述的是矢量場(chǎng)A在一個(gè)范圍

5、上的特性。,斯托克斯(Stokes)定理,斯托克斯(Stokes)定理是關(guān)于曲面積分與其邊界曲線積分之間關(guān)系的定理，即：,斯托克斯公式描述矢量場(chǎng)中，矢量A沿閉合周界,l,的線積分，它等于這個(gè)矢量的旋度沿場(chǎng)中以,l,為周界的曲面的面積分。,麥克斯韋方程組及其物理意義,麥克斯韋方程組的微分形式,高斯定理：,斯托克斯定律：,高斯定理的微分形式推導(dǎo),根據(jù)高斯定理，得,：,設(shè)自由電荷,是體分布的，為電荷的體密度，則,(1.12),式的,(I),式為：,安培環(huán)路定理的微分形式推導(dǎo),假定傳導(dǎo)電流是體分布的，其密度為，那么,根據(jù)斯托克斯定律,麥克斯韋方程組的微分形式,麥克斯韋方程組的物理意義,(),式：電位移

6、矢量或電感應(yīng)強(qiáng)度的散度等于電荷密度，即,電 場(chǎng)為有源場(chǎng),。,(),式：磁感強(qiáng)度的散度為零，即,磁場(chǎng)為無(wú)源場(chǎng),。,(),式：隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)激發(fā)渦旋電場(chǎng)。,(),式：隨時(shí)間變化的電場(chǎng)激發(fā)渦旋磁場(chǎng)。,電場(chǎng)與磁場(chǎng)的激發(fā),不符合右手法則（為負(fù)）,t,B,符合右手法則,t,D,電磁波的傳播,電場(chǎng),波源,磁場(chǎng),磁場(chǎng),磁場(chǎng),磁場(chǎng),磁場(chǎng),電場(chǎng),電場(chǎng),電場(chǎng),介質(zhì)方程與邊界條件,介質(zhì)方程,邊界條件,法向分量的躍變,切向分量的躍變,介質(zhì)方程,對(duì)于各向同性的介質(zhì)來(lái)說(shuō)，有：,絕對(duì)介電常數(shù)：,絕對(duì)磁導(dǎo)率：,分別是相對(duì)界電常數(shù)、相對(duì)磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率。,是絕對(duì)界電常數(shù)、絕對(duì)磁導(dǎo)率。,介質(zhì)方程,對(duì)于各項(xiàng)異性的介質(zhì):,角標(biāo)1,2,

7、3代表x,y,z分量,上式可簡(jiǎn)寫為:,小結(jié),麥克斯韋方程組(1.15)式加上描述介質(zhì)性質(zhì)的方程(1.16)(1.18)式,全面總結(jié)了電磁場(chǎng)中的規(guī)律,是宏觀電動(dòng)力學(xué)的根本方程組,利用它們?cè)敲瓷峡梢越鉀Q各種宏觀電動(dòng)力學(xué)的問題。,邊界條件,在解麥克斯韋方程組的時(shí)候，只有電磁波在介質(zhì)分界面上的邊界條件的情況下，才能惟一地確定方程組的解。如電磁波光波在介質(zhì)分界面上的反射和折射等，都得利用邊界條件才能得到解決。麥克斯韋方程組可以用于任何連續(xù)介質(zhì)內(nèi)部。在兩介質(zhì)分界面上，由于一般出現(xiàn)面電荷電流分布，使物理量發(fā)生躍變，可由麥克斯韋方程組的積分形式進(jìn)行分析。,邊界條件：,法向分量的躍變,法向分量,分界面,因側(cè)面

8、面積趨于零，對(duì)底面1來(lái)說(shuō)，n是內(nèi)法線方向所以：,邊界條件：,法向分量的躍變,令,為導(dǎo)體分界面上的自由電荷面密度，于是得到：,對(duì)于磁場(chǎng)B，把1.12式中的式應(yīng)用得到：,邊界條件：,切向分量的躍變,在高頻情況下，由于趨膚效應(yīng)，電流、電場(chǎng)和磁場(chǎng)都將分布在導(dǎo)體外表附近的一薄層內(nèi)。假設(shè)導(dǎo)體的電阻可忽略，薄層的厚度趨于零，那么可以把傳導(dǎo)電流看成沿導(dǎo)體外表分布。定義電流線密度，其大小等于垂直通過單位橫切線的電流。由于存在面電流，在界面兩側(cè)的磁場(chǎng)強(qiáng)度將發(fā)生躍變。,邊界條件：,切向分量的躍變,D,C,A,B,把麥?zhǔn)戏匠?.12式中的式應(yīng)用于狹長(zhǎng)回路上?；芈范踢叺拈L(zhǎng)度趨于零，因而有：,其中,t,表示沿,l,的切向

9、分量。通過回路的總自由電流為：,由于回路所圍面積趨于零而,為有限量，因而：,邊界條件：,切向分量的躍變,邊界條件：,切向分量的躍變,流過L的自由電流為：,對(duì)于狹長(zhǎng)回路用麥?zhǔn)戏匠?.12式中的式得：,由于L為界面上任一矢量,邊界條件：,切向分量的躍變,式中|表示投影到界面上的矢量。因此,同理，由1.12式中的式,可得電場(chǎng)切向分量的邊界條件:,邊界條件,界面兩側(cè)電場(chǎng)的切向分量連續(xù),界面兩側(cè)磁場(chǎng)的切向分量發(fā)生了躍變,界面兩側(cè)電場(chǎng)的法向分量發(fā)生了躍變,界面兩側(cè)磁場(chǎng)的法向分量連續(xù),邊界條件表示界面兩側(cè)的場(chǎng)以及界面上電荷電流的制約關(guān)系,它實(shí)質(zhì)上是邊界上的場(chǎng)方程。由于實(shí)際問題往往含有幾種介質(zhì)以及導(dǎo)體在內(nèi)，因

10、此，邊界條件的具體應(yīng)用對(duì)于解決實(shí)際問題十分重要。,平面電磁波的傳播,E,H,k,平面電磁波的性質(zhì),電磁波是橫波，電矢量E、磁矢量H和傳播方向KK為傳播方向的單位矢量?jī)蓛纱怪薄?E,和,H,幅度成比例、復(fù)角相等,電磁波的傳播速度,電磁波譜,工業(yè)ICT(傷害大),傷害小,化學(xué)效應(yīng),熒光效應(yīng),光纖通訊,光纖傳感,總結(jié)與思考,1.電磁波是怎樣傳播的？畫出平面電磁波的傳播圖。,2.光的速度電磁波在空中傳播的速度,折射率,c光在真空中的速度,v 光在介質(zhì)中的速度,總結(jié)與思考,3.為什么說(shuō)光波是電磁波?,1)根據(jù)麥?zhǔn)戏匠掏茖?dǎo),電磁波在真空中的速度為,當(dāng)時(shí)通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得的真空中的光速也為,2)根據(jù)麥?zhǔn)戏匠?電磁波在介質(zhì)中的速度為,對(duì)于非鐵磁質(zhì) ,根據(jù)光學(xué)中折射率的定義 那么,總結(jié)與思考,如果光波是電磁波，比較上面兩式：,應(yīng)有,麥克斯韋關(guān)系式,而當(dāng)時(shí)測(cè)得的無(wú)極分子物質(zhì)，上式確實(shí)成立，所以麥克斯韋判定，光波是電磁波。,三星CLP-500彩色激光打印機(jī),高性價(jià)比的激光打印機(jī),索尼愛立信S700C,蘋果iPod Photo,