電磁場的能流密度

1、電磁場的能流密度第一頁，共16頁。2平面電磁波能流密度平均值 振蕩偶極子的平均輻射功率 電磁波的能流密度(坡印廷)矢量 第二頁，共16頁。二 電磁場的能量原理在空間任一體積 V ,其表面為 .體積V內電磁能為:第三頁，共16頁。第四頁，共16頁。第五頁，共16頁。第六頁，共16頁。7 能量守恒表達式。設想將系統的邊界擴展到無限遠處。電荷和電流分布在有限空間內，無限遠處的電磁場應等于零，所以右邊第一項面積分必定等于零，上式變?yōu)?意義：由外界流入系統的電磁能，除了對系統內的帶電體作功外，還使系統的電磁能增加。 第七頁，共16頁。 根據量子理論，電磁波具有波粒二象性，能量由許多分立的、以光速運動的光

2、子所攜帶。 三 電磁場的動量和光壓光子能量E=h，h=6.62617610-34 Js普朗克常量。相對論的質能關系，光子能量 E=mc2 動量密度為單位體積的動量 動量密度矢量方向與波傳播方向和能流密度矢量S方向一致光子質量光子動量第八頁，共16頁。9 電磁波具有動量，能產生壓力作用。光也這樣，列別捷夫在1901年進行光壓實驗證實。 物體表面所受電磁波的壓強為 物體的動量改變量為 G =( ) ct ,電磁波t 內動量改變量G =( )ct , 大小為 G =( + ) ct ,物體表面所受沖力大小 ( ) c .c ( ) ( )入射波反射波金屬平板第九頁，共16頁。10 和 分別是入射電磁

3、波和反射電磁波的能流密度矢量的大小。對于全反射， = ，物體表面所受壓強為 平均壓強指所受壓強在一個周期內的平均值對于全吸收， = 0，物體表面所受壓強為 平均壓強為 第十頁，共16頁。11例1 平行板電容器，圓金屬板半徑為R，兩板間距d (R )。電容器正在被緩慢充電，t 時刻極板間的電場強度為E，求此時流入電容器的能流。 解 電容器正在充電，極板間場強隨時間增大，極板間電場的能量也隨時間增加 iiBBE第十一頁，共16頁。 電容器內距離中心軸線r處磁感應強度根據問題的對稱性，上式解得 第十二頁，共16頁。13通過側面流入電容器的能量為 根據dR的條件，電容器邊緣效應可以忽略。側面電場強度為E，由 得電容器側面處的磁感應強度為第十三頁，共16頁。14 與先前結果一致。說明電容器極板間能量的增加 是由于能量從電容器外部空間通過其側面流入所致。同時也說明了能量不是從導線流入電容器的。 結果的討論 充電時電場強度在增大，電場能量在增加，而能量增加率 t 時刻電容器極板間的電場強度為E，電容器內電場能量為 第十四頁，共16頁。15例2 激光束截面半徑1mm，功率2.0 GW，垂直照射在一全反射的鏡面上。求：(1) 此激光束電矢量和磁矢量峰值(2) 對鏡面的壓力大小。 解：(1) 因為激光的功率P等于其能流密度與光束截面積 的乘積, 所以該激光束的能流密度為根據 可求電矢量峰值為 磁