电磁场与电磁波中的参数取值
电磁场与电磁波中的参数取值
电磁场与电磁波中的参数取值主要有以下几个方面：
1. 电场强度：衡量电场的强弱，通常用电场强度E来表示，单位是伏每米（V/m）。
2. 磁场强度：衡量磁场的强弱，通常用磁场强度H来表示，单位是安培每米（A/m）。
3. 电磁波频率：表示电磁波的振荡次数，通常用频率f来表示，单位是赫兹（Hz）。
4. 波长：表示电磁波一个完整振荡的空间距离，通常用波长λ来表示，单位是米（m），波长与频率的关系可以通过光速来计算，即波速等于波长乘以频率。
5. 电磁波速度：电磁波在真空中的传播速度，通常用光速c（等于299,792,458米/秒）来表示。
这些参数在电磁学中用于描述电场和磁场的特性，并且与电磁波的传播特性密切相关。不同频率的电磁波在各个参数上会有不同的取值范围。
第五章 动态电磁场与电磁波(1)
第五章 动态电磁场与电磁波 5．1 动态电磁场 时变电场和时变磁场是相互依存又相互制约的，这种相互作用和相互耦合的时变电磁场通常被称为动态电磁场。当动态电磁场以电磁波动的形式在空间传播时，即被称为电磁波。 1．动态电磁场的有关方程 描述动态电磁场的麦克斯韦方程组为 t c ??+=??D J H t ??-=??B E 0=??B ρ=??D 媒质特性的构成方程组为 E D ε= H B μ= E J γ= 一般而言，反映媒质特性的三个参数ε、μ和γ与动态电磁场的工作频率有关。如在200MHz 以下时，水的相对介电常数约为80，而在光频时则减小到1.75。本书假设它们在一定频率范围内均为常数。 2．动态电磁场的边界条件 类似于静态和准静态电磁场中边界条件的推导，只要?D /?t 和?B /?t 在媒质分界面上是有限的，其边界条件与静态电磁场的边界条件相同。事实上，在动态电磁场中，媒质分界面上的?D /?t 和?B /?t 均为有限量。不同媒质分界面上的动态电磁场的边界条件为： H 2t -H 1t = K s ， e n ?( H 2 - H 1) = K E 1t =E 2t ， e n ?( E 2 - E 1) = 0 B 1n =B 2n ， e n ? ( B 2 - B 1) =0 D 2n -D 1n = σ ， e n ? ( D 2 - D 1) =σ 在理想导体内，∞→γ且J c 是有限的，可知E ＝0。再由-?B /?t =??E =0可见，在理想导体内也不存在随时间变化的磁场。在理想导体(设为媒质1)与介质(设为媒质2)交
界面上的边界条件为 H t = K s ， e n ?H = K E t = 0 ， e n ?E = 0 B n = 0 ， e n ? B =0 D n = σ ， e n ? D =σ 式中，规定的交界面上e n 的指向为理想导体表面的外法线方向，且e s =e n ?e t 。上述边界条件表明，电力线垂直于理想导体表面，而磁力线沿着理想导体表面分布。 例1：图示两无限大理想导体平板间的无源自由空间中，动态电磁场的磁场强度为 H =)cos(cos x t z d H 0y βω-πe ，β为常数。试求：(1)板间电场强度；(2)两导体表面的面电流密度和电荷面密度。 [解]：(1)由麦克斯韦方程第一式，得 ??? ? ????+??-=??=??x H z H 11t y z y x e e H E εε ()() e e e e E ?? ????-π--ππ=???? ????+??-=?x t z d x t z d d H dt x H z H 1z x 0y z y x βωββωωεεcos cos sin sin (2)由边界条件，在z ＝0的导体表面上 ()x t H 0x z n βω--=?=?=cos e H e H e K ()x t H 0z n βωω βσ-- =?=?=cos D e D e 在z ＝d 的导体表面上 ()x t H 0x z n βω--=?-=?=cos e H e H e K )cos(x t H 0z n βωω βσ-- =?-=?=D e D e 3．有损媒质的复数表示 在实际中上，一方面导体的电导率是有限的；另一方面介质是有损耗的(如电极化损耗、或磁化损耗、或欧姆损耗等)。对于时谐电磁场中介电常数为ε'的导电媒质，由麦克斯韦方程和媒质的构成方程，得 ???=??? ? ?-'=??D E H ωωγεωj j j 图 两无限大理想导体平板
电磁场与电磁波(杨儒贵_版)课后思考题答案
电磁场与波课后思考题 1-1 什么是标量与矢量?举例说明. 仅具有大小特征的量称为标量.如:长度,面积,体积,温度,气压,密度,质量,能量及电位移等. 不仅具有大小而且具有方向特征的量称为矢量.如:力,位移,速度,加速度,电场强度及磁场 强度. 1-2 矢量加减运算及矢量与标量的乘法运算的几何意义是什么? 矢量加减运算表示空间位移. 矢量与标量的乘法运算表示矢量的伸缩. 1-3 矢量的标积与矢积的代数定义及几何意义是什么? 矢量的标积: ,A 矢量的模与矢量B 在矢量A 方向上的投影大小的乘积. 矢积: 矢积的方向与矢量A,B 都垂直,且 由矢量A 旋转到B,并与矢积构成右 旋关系,大小为 1-4 什么是单位矢量?写出单位矢量在直角坐标中的表达式. 模为1的矢量称为单位矢量. 1-5 梯度与方向导数的关系是什么?试述梯度的几何意义,写出梯度在直角坐标中的表示式. 标量场在某点梯度的大小等于该点的最大方向导数, 方向为该点具有最大方向导数的方向. 梯度方向垂直于等值面，指向标量场数值增大的方向 在直角坐标中的表示式: 1-6 什么是矢量场的通量?通量值为正,负或零时分别代表什么意义? 矢量A 沿某一有向曲面S 的面积分称为矢量A 通过该有向曲面S 的通量,以标量表示，即 通量为零时表示该闭合面中没有矢量穿过. 通量为正时表示闭合面中有源;通量为负时表示闭合面中有洞. 1-7 给出散度的定义及其在直角坐标中的表示式. 散度：当闭合面S 向某点无限收缩时，矢量A 通过该闭合面S 的通量 与该闭合面包围的体积之比的极限称为矢量场A 在该点的散度。 直角坐标形式： 1-8 试述散度的物理概念,散度值为正,负或零时分别表示什么意义? 物理概念：通过包围单位体积闭合面的通量。 散度为正时表示辐散,为负时表示辐合,为零时表示无能量流过. 1-9 试述散度定理及其物理概念. 散度定理:建立了区域 V 中的场和包围区域V 的闭合面S 上的场之间的关系θ cos B A B A B A B A B A z z y y x x =++=⋅z y x z y x z y x B B B A A A e e e B A =⨯θsin B A e z θ sin B A a e z y x e e e γβαcos cos cos ++=z y x e z e y e x ∂∂+∂∂+∂∂=∇⎰⋅=S S A Ψ d V S V Δd lim div 0Δ⎰ ⋅=→S A A z A y A x A A div z y x ∂∂+∂∂+∂∂= A ⋅∇=
电磁场电磁波复习重点
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电磁场电磁波复习重点 第一章矢量分析 1、矢量的基本运算 标量：一个只用大小描述的物理量。 矢量：一个既有大小又有方向特性的物理量，常用黑体字母或带箭头的字母表示。 2、叉乘点乘的物理意义会计算 3、通量源旋量源的特点 通量源：正负无 旋度源：是矢量，产生的矢量场具有涡旋性质，穿过一曲面的旋度源等于（或正比于）沿此曲面边界的闭合回路的环量，在给定点上，这种源的（面）密度等于（或正比于）矢量场在该点的旋度。 4、通量、环流的定义及其与场的关系 通量：在矢量场F中，任取一面积元矢量dS,矢量F与面元矢量dS的标量积定义为矢量F穿过面元矢量dS的通量。 如果曲面 S 是闭合的，则规定曲面的法向矢量由闭合曲面内指向外； 环流：矢量场F沿场中的一条闭合路径C的曲线积分称为矢量场F沿闭合路径C的环流。 如果矢量场的任意闭合回路的环流恒为零，称该矢量场为无旋场，又称为保守场。如果矢量场对于任何闭合曲线的环流不为零，称该矢量场为有旋矢量场，能够激发有旋矢量场的源称为旋涡源。电流是磁场的旋涡源。 5、高斯定理、stokes定理静电静场 高斯定理： 从散度的定义出发，可以得到矢量场在空 间任意闭合曲面的通量等于该闭合曲面所
包含体积中矢量场的散度的体积分，即 散度定理是闭合曲面积分与体积分之间的一个变换关系，在电磁理论中有着广泛的应用。 Stokes定理： 从旋度的定义出发，可以得到矢量场沿任意闭合曲线的环流等于矢量场的旋度 在该闭合曲线所围的曲面的通量，即斯托克斯定理是闭合曲线积分与曲面积分之间的一个变换关系式，也在电磁理论中有广泛的应用。 6、亥姆霍兹定理 若矢量场在无限空间中处处单值，且其导数连续有界，源分布在有限区域中，则当矢量场的散度及旋度给定后，该矢量场可表示为 亥姆霍兹定理表明：在无界空间区域，矢量场可由其散度及旋度确定。 第二章电磁场的基本规律 1、库伦定律（大小、方向） 说明：1）大小与两电荷的电荷量成正比，与两电荷距离的平方成反比； 2）方向沿q1 和q2 连线方向，同性电荷相排斥，异性电荷相吸引； 3）满足牛顿第三定律。 2、安培定律（电流环、大小、方向） 说明：恒定磁场是有旋场，是非保守场、电流是磁场的旋涡源。 3、媒质
电磁场与电磁波的关系
电磁场与电磁波的关系 电磁场和电磁波是物理学中重要的概念，它们之间存在着密切的联 系和相互作用。本文将探讨电磁场与电磁波的关系以及它们在日常生 活中的应用。 一、电磁场的概念与特性 在物理学中，电磁场是描述电荷和电流相互作用的物理场。它由电 场和磁场组成，它们相互影响、相互作用，并遵循相应的数学方程 （如麦克斯韦方程组）进行描述。 电场是由电荷所产生的力场，它描述了电荷间的相互作用。当电荷 存在于空间中时，其周围会形成一个电场，其他电荷会受到电场力的 作用。电场的强弱由电荷的性质和距离决定，可以用电场强度来表示。 磁场是由电流所产生的磁力场，它描述了电流元素或磁矩间的相互 作用。磁场的强弱与电流的强度和距离相关，可以用磁感应强度来表示。 电磁场的特性包括：作用范围广泛、传播速度快、能量传递效率高等。电磁场对物质具有作用力，可以产生电磁力、电磁感应等现象。 这些特性使得电磁场在科学研究、工程技术和日常生活中都有广泛的 应用。 二、电磁波的概念与产生
电磁波是电磁场的一种传播方式，是由电场和磁场相互耦合形成的 横波。电磁波可分为多种类型，如射频波、微波、红外线、可见光、 紫外线、X射线和γ射线等，它们在频率和波长上有所区别。 电磁波的产生与变化的电场和磁场有关。当电荷或电流发生变化时，就会产生电磁波。电磁波在真空中以光速传播，能量是以电磁的形式 在空间中传递。 电磁波的特性包括振幅、频率、波长和速度等。振幅表示波的幅度 大小，频率表示单位时间内波的周期数，波长表示波的长度，速度表 示波的传播速度。这些特性使得电磁波在通信、遥感、医学和科学研 究等领域具有广泛应用。 三、电磁场与电磁波的相互关系 电磁场和电磁波之间存在着密切的相互关系。电磁波是电磁场的传 播形式，电磁场是电磁波的局部效应。 在电磁波的传播过程中，电场和磁场的变化相互关联，且垂直于传 播方向。电场和磁场的变化形成电磁波的能量传播，沿着波的传播方 向交织而行。 电磁波的传播速度与电磁场的传播速度相同，在真空中为光速。电 磁波的频率与电磁场的频率相关，它们之间存在频率-振幅关系。 四、电磁场与电磁波的应用 电磁场和电磁波有丰富的应用，渗透到了生活的方方面面。
电磁场与电磁波公式总结
电磁场与电磁波公式总结 本文是关于电磁场与电磁波的复，第一部分是知识点的归纳。 第一章是关于矢量分析的，其中介绍了三种常用的坐标系。第一种是直角坐标系，其中包括微分线元、面积元和体积元的计算公式。第二种是柱坐标系，其中也包括微分线元、面积元和体积元的计算公式。第三种是球坐标系，也有相应的计算公式。此外，还介绍了三种坐标系之间的坐标变量之间的关系，包括直角坐标系与柱坐标系的关系、直角坐标系与球坐标系的关系以及柱坐标系与球坐标系的关系。 接下来介绍了梯度的计算公式，其中包括直角坐标系、柱坐标系和球坐标系中的计算公式。 最后是散度的计算公式，其中包括直角坐标系和柱坐标系中的计算公式。
1.根据公式$\epsilon_1=\tan\theta_2/\epsilon_2$和$\Delta l=\epsilon_2\theta_2E_{t}$，可以得到分界面上$E_{t}$的边界条件。 2.静电荷系统的总能量可以分为体电荷、面电荷和线电荷三种情况，分别用积分形式表示为$\int \rho \Phi d\tau$，$\int \rho_S \Phi ds$和$\int \rho_L \Phi dl$。导体系统的总能量为$\sum_{k}^{ }q_{k}\Phi_{k}/2$。任意一点的能量密度为 $\omega_e=D\cdot E=\epsilon E^2/2$，总静电能可以用$\int \epsilon E d\tau$来计算。 3.恒定电场的基本变量为电场强度$E$和电流密度$J$，其中$J=\sigma E$，$\sigma$为媒质的电导率。电流连续性方程可以用积分形式$J\cdot dS=-\int \partial q/\partial t d\tau$和微分形式$\nabla\cdot J=-\partial\rho/\partial t$表示。恒定电场中不能有电荷的增减，因此电流连续性方程变为$\int J\cdot dS=0$和$\nabla\cdot J=0$，再加上$\int E\cdot dl=0$和 $\nabla\times E=0$，就得到了恒定电场的基本方程的积分和微分形式。 4.恒定电场的边界条件包括电流密度和电场强度在分界面上的法向和切向分量相等，即$J_{1n}=J_{2n}$和 $E_{1t}=E_{2t}$，以及应用欧姆定律可得$\sigma_1
电磁场和电磁波
学科：物理 教学内容：电磁场和电磁波 【基础知识归纳】 一、振荡电流和振荡电路 大小和方向都做周期性变化的电流叫做振荡电流．能产生振荡电流的电路叫振荡电路，L C电路是最简 单的振荡电路． 二、电磁振荡及其周期、频率 振荡电路中产生振荡电流的过程中，线圈中的电流、电容器极板上的电量及其与之相联系的磁场能、电场能也都作周期性变化，这种现象叫做电磁振荡． 1．振荡原理：利用电容器的充放电和线圈的自感作用产生振荡电流，形成电场能和磁场能的周期性 相互转化． 2．振荡过程：电容器放电时，电容器所带电量和电场能均减少，直到零；电路中的电流和磁场能均增大，直到最大值．充电时，情况相反．电容器正反向充放电一次，便完成一次 振荡的全过程．图13—2—1表示振荡过程中有关物理量的变化． 图13—2—1 3．周期和频率：电磁振荡完成一次周期性变化所用的时间叫做电磁振荡的周期．1 s内完成电磁振荡的次数叫做电磁振荡的频率．对LC电路产生的电磁振荡，其周期和频率由电路本身性质决定： T＝ LC π2f＝LC π2 1三、电磁场和电磁波 1．麦克斯韦电磁场理论 （1）不仅电荷能够产生电场，变化的磁场也能产生电场． （2）不仅电流能够产生磁场，变化的电场也能产生磁场． 2．电磁场和电磁波 变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一体，即为电磁场，电磁场由近及远的传 播就形成电磁波． 3．电磁波的波速
在真空中，任何频率的电磁波的传播速度都等于光速c ＝3.00×108 m/s ．其波速、波长、周期频率间关 系为：c ＝T ＝f λ． 复习时注意以下的几个方面： （1）麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹用实验成功的证实了电磁波的存在． （2）在电磁波中，电场强度和磁感应强度是互相垂直的，且都和电磁波的传播方向垂直，所以电磁 波为横波． （3）电磁波的传播过程，也是电磁能的传播过程． （4）电磁波的传播不需要介质． 四、无线电波的发射 1．调制：在无线电应用技术中，首先将声音、图象等信息通过声电转换、光电转换等方式转为电信号，这种电信号频率很低，不能用来直接发射电磁波．把要传递的低频率电信号“加”到高频电磁波上， 使电磁波随各种信号而改变叫调制． 调幅和调频：使高频振荡的振幅随信号而改变叫做调幅．使高频振荡的频率随信号而改变叫做调频． 五、无线电波的接收 1．电谐振：当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最 强，这种现象叫做电谐振． 2．调谐：调谐电路的固有频率可以在一定范围内连续改变，将调谐电路的频率调节到与需要接收的 某个频率的电磁波相同，即，使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐． 3．检波：从接收到的高频振荡中分离出所携带的信号的过程叫做检波．检波是调制的逆过程，也叫 解调． 4．无线电的接收：天线接收到所有的电磁波，经调谐选择出所需要的电磁波，再经检波取出携带的 信号，放大后再还原成声音或图象的过程． 六、电视的基本原理 电视系统主要由摄像机和接收机组成．把图象各个部位分成一系列小点，称为像素，每幅图象至少要有几十万个像素．摄像机将画面上各个部分的光点，根据明暗情况逐点逐行逐帧地变为强弱不同的信号电 流，随电磁波发射出去． 电视机接收到电磁波后，经调谐、检波得到电信号，按原来的次序在显像管的荧光屏上汇成图象． 中国电视广播标准采用每1 s 传送25帧画面，每帧由625条线组成． 七、雷达的基本原理 雷达是利用无线电波来测定物体位置的无线电设备，一般由天线系统、发射装置、接收装置、输出装置（显示器）、电源、用于控制雷达工作和处理信号的计算机以及防干扰设备等构成． 【方法解析】 麦克斯韦电磁理论是理解电磁场和电磁波的关键所在，应注意领会以下内容：变化的磁场可产生电场，产生的电场的性质是由磁场的变化情况决定的，均匀变化的磁场产生稳定的电场，非均匀变化的磁场产生 变化的电场，振荡的磁场产生同频率振荡的电场；反之亦然． 【典型例题精讲】 ［例1］L C 振荡电路中，某时刻磁场方向如图13—2—2所示，则下列说法错误的是
高中物理电磁场和电磁波知识点总结
高中物理电磁场和电磁波知识点总结 1.麦克斯韦的电磁场理论 (1)变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场. (2)随时间均匀变化的磁场产生稳定电场.随时间不均匀变 化的磁场产生变化的电场.随时间均匀变化的电场产生稳定磁场，随时间不均匀变化的电场产生变化的磁场. (3)变化的电场和变化的磁场总是相互关系着，形成一个不可分割的统一体，这就是电磁场. 2.电磁波 (1)周期性变化的电场和磁场总是互相转化，互相激励，交替产生，由发生区域向周围空间传播，形成电磁波. (2)电磁波是横波(3)电磁波可以在真空中传播，电磁波从一种介质进入另一介质，频率不变、波速和波长均发生变化，电磁波传播速度v等于波长λ和频率f的乘积，即v=λf，任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于真空中的光速 c=3.00×10 8 m/s. 下面为大家介绍的是2019年高考物理知识点总结电磁感应，希望对大家会有所帮助。 1. 电磁感应现象:利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流. (1)产生感应电流的条件:穿过闭合电路的磁通量发生变化，
即ΔΦ≠0.(2)产生感应电动势的条件:无论回路是否闭合，只要穿过线圈平面的磁通量发生变化，线路中就有感应电动势.产生感应电动势的那部分导体相当于电源. (2)电磁感应现象的实质是产生感应电动势，如果回路闭合，则有感应电流，回路不闭合，则只有感应电动势而无感应电流. 2.磁通量(1)定义:磁感应强度B与垂直磁场方向的面积S的乘积叫做穿过这个面的磁通量，定义式:Φ=BS.如果面积S 与B不垂直，应以B乘以在垂直于磁场方向上的投影面积S′，即Φ=BS′，国际单位:Wb 求磁通量时应该是穿过某一面积的磁感线的净条数.任何一 个面都有正、反两个面;磁感线从面的正方向穿入时，穿过 该面的磁通量为正.反之，磁通量为负.所求磁通量为正、反两面穿入的磁感线的代数和. 3. 楞次定律 (1)楞次定律:感应电流的磁场，总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化.楞次定律适用于一般情况的感应电流方向的判定，而右手定则只适用于导线切割磁感线运动的情况，此种情况用右手定则判定比用楞次定律判定简便. (2)对楞次定律的理解 ①谁阻碍谁———感应电流的磁通量阻碍产生感应电流的 磁通量.
电磁场与电磁波计算题解
电磁场与电磁波计算题题解 例1 在坐标原点附近区域内，传导电流密度为： 25 .1/10m A r a J r c -= 求：① 通过半径r=1mm 的球面的电流值。 ② 在r=1mm 的球面上电荷密度的增加率。 ③ 在r=1mm 的球内总电荷的增加率。 解：① A mm r r m m r d d d r r s d J I c 97.31401sin 105 .020 25 .1=====⋅=⎰⎰⎰πϕθθθππ ② 因为 5 .25.122 5)10(1--== ⋅∇r r r r d d r J c 由电流连续性方程，得到： 38 /1058.111m A mm r J mm r t c ⨯-==⋅∇-==∂∂ρ ③ 在r=1mm 的球内总电荷的增加率 A I t d d 97.3-=-=θ 例2 在无源的自由空间中，已知磁场强度 m A z t a H y /) 10103(cos 1063.295-⨯⨯=- 求位移电流密度d J 。 解：由于0=c J ，麦克斯韦第一方程成为 t D H ∂∂=⨯∇ ∴ H t D J d ⨯∇=∂∂= y z y x H z y x a a a ∂∂∂∂∂∂ =
294/)10103sin(1063.2m A z t a z H a x y x -⨯⨯-=∂∂=- 例3 在无源的区域中，已知调频广播电台辐射的电磁场的电场强度 m v z a E y /)9.201028.6sin(1092-⨯=- 求空间任一点的磁感强度B 。 解：由麦克斯韦第二方程 E t B ⨯-∇=∂∂0 y z y x E z y x a a a ∂∂ ∂∂∂∂- =z E a y x ∂∂= )9.201028.6cos(109.2092z t a x -⨯⨯-=- 将上式对时间t 积分，若不考虑静态场，则有 )9.201028.6cos(109.2092z t a t d t B B x -⨯⨯-=∂∂=⎰⎰ - T z t a t d x )9.201028.6sin(1033.3911-⨯⨯-=- 例4 已知自由空间中，电场强度表达式为 )(cos z t w a E x β-=;求磁场强度的H 表达式。 解： E ⨯∇t B ∂∂- = 第二方程 且在自由空间中 B H ⋅=μ ∴ )(1100x y E z a E t H ∂∂ -=⨯∇-=∂∂μμ)sin(10z t w a y ββμ--= ∴ ) cos()sin(00z t w w a t d z t w a H y y βμββμβ -=--=⎰ 上式积分的常数项对时间是恒定的量，在时变场中一般取这种与t 无关的恒定分量为0。 例5 有一个广播电台在某处的磁感应强度为
电路中的电磁场与电磁波
电路中的电磁场与电磁波 电磁场和电磁波是电路中非常重要的概念，它们在电路中起着关键的作用。本文将介绍电磁场和电磁波的概念，以及它们在电路中的应用。 首先，我们来介绍电磁场的概念。电磁场是由电荷和电流引起的空间中的物理场。当电荷或电流存在时，它们会产生电场和磁场。电场是由电荷引起的力场，它会影响周围的电荷。而磁场是由电流引起的力场，它会对周围的电流和磁矩产生作用力。 在电路中，电磁场的存在对电路的工作有重要影响。例如，在一个电容器中，当电压变化时，会产生电场的变化，从而影响电容器中的电荷分布。同样，在一个电感器中，当电流变化时，会产生磁场的变化，从而影响电感器中的电势差。电磁场的存在使得电路中的电能和磁能可以相互转换。 接下来，我们来讨论电磁波的概念。电磁波是由电磁场的变化而产生的波动现象。电磁波包括电场和磁场的振荡，并且它们垂直于彼此的方向。根据波长的不同，电磁波可以分为不同的类型，例如无线电波、微波、可见光、紫外线、X射线和γ射线。 电磁波在电路中的应用非常广泛。例如，在无线电通信中，电磁波被用于传输信息。无线电台发射出的电磁波可以通过天线传播到接收设备中，从而实现无线通信。此外，在雷达和卫星通信中也使用了电磁波。
此外，电磁波还被广泛应用于医学领域。例如，在X射线检查中，医生可以使用电磁波来观察内部组织和骨骼的影像。同样，核磁共振成像（MRI）也使用了电磁波，通过对人体中的氢原子进行磁共振来产生图像。 电磁场和电磁波的研究和应用是电路领域中不可或缺的一部分。了解电磁场和电磁波的性质，可以帮助我们理解电路中的各种现象，设计电路和设备，并解决相关问题。它们的存在和作用使得电路中的电能和信息能够传输和转换，为我们的生活带来了便利和创新。 总之，电磁场和电磁波是电路中重要的概念。它们的存在和作用对电路的工作和应用有着关键的影响。通过深入研究和理解电磁场和电磁波的性质，我们可以更好地应用它们，在电路领域取得更大的突破和进展。
电磁场和电磁波的应用
电磁场与电磁波的应用 随时间变化的电场产生磁场，随时间变化的磁场产生电场，两者互为因果，形成电磁场。电磁场可由变速运动的带电粒子引起，也可由强弱变化的电流引起，不论原因如何，电磁场总是以光速向四周传播，形成电磁波。电磁场是电磁作用的媒递物，具有能量和动量，是物质存在的一种形式。 电磁波是电磁场的一种运动形态。在高频电磁振荡的情况下，部分能量以辐射方式从空间传播出去所形成的电波与磁波的总称叫做“电磁波”。随着科技水平的进步，人们在于电磁场与电磁波的应用方面得到了更为全面的认识。 （1）广播电视系统： 无线电广播中波波段一般采用525~1605kHz，短波波段采用2~24MHz，调频广播波段为88~108MHz。广播是人类在社会实践中对信息的需求与现代科学技术相结合的产物，是电磁场与电磁波的最早的应用之一。传输电视信号需要相当宽的频带，因此需要采用超短波或更高频段的无线电波。最早分配给电视广播的VHF有12个频道，频率为49.75~216.25MHz，后来又分配UHF频段，共有56个频道，频率范围为471.25~951.25MHz。广播电视系统本身就是电磁场与电磁波的重要应用，前面所讲的很多理论性的问题都可以具体应用到系统中去。 （2）移动通信： 目前正在迅速发展的是第三代移动通信技术（3G），它是将高速移动接入和基于互联网协议的服务结合起来，提高无线频率的利用效率，实现高速数据传输和宽带多媒体服务，传输速率最低为384KB/s，最高为2MB/s,带宽可达5MHz以上，使用频率1.885~2.025GHz和2.110~2.200GHz,提供全球覆盖，实现有线和无线以及不同无线网络之间业务的无缝连接，满足多媒体业务的要求。主要技术有WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA。电磁场与电磁波的应用贯穿于整个移动通信技术。 （3）微波通信、卫星通信和光纤通信： 微波通信是指利用微波频率用作载波携带信息，通过无线电波进行中继接力的通信方式。微波是指频率为300MHz~300GHz的电磁波。 卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站，转发或反射无线电波，在两个或多个地球站之间进行通信。地球站是设在地球表面，包括地面、海洋和大气中的通信站。实际上卫星通信可以看作是利用微波频率，把通信卫星作为中继站而进行的一种特殊的微波中继通信。卫星通信工作频段与微波通信相同。 以光作载波的通信方式即是光通信。人们想到以光作为载波，这是很自然的，这是因为光的频率很高，为1014~1015Hz，因此利用光通信会有更大的通信容量。但是光在大气中受到的影响因素非常多，如大气中水蒸气尘埃的影响、恶劣天气的影响。另外还受到激光束本身的影响，如激光束非常细小给光学设备的对准、控制及跟踪带来困难，所以限制了大气光通信的使用。于是人们就想到利用介质来传输光信号，这种介质即是光导纤维。这种利用光导纤维传输光波信号的通信方式称为光纤通信。 （4）雷达： 雷达概念形成于20世纪初。雷达是英文radar的音译，为Radio Detection And Ranging 的缩写，意为无线电检测和测距的电子设备。即为利用电磁波探测目标的电子设备。发
电磁场的边界条件与电磁波的辐射和传播
电磁场的边界条件与电磁波的辐射和传播 [摘要]：本文结合相关示意图简要总结了电磁场的边界条件，在参考大量相关文献的基础上，由边界条件出发分析了交变电磁场传播的原理，联系实际解释了电磁场的辐射和传播。 关键字：电磁场；电磁波；边界条件；辐射；传播。 一、电磁场的边界条件 电磁场在两种不同媒质分界面上，从一侧过渡到另一侧时，场矢量E、D、B、H一般都有一个跃变。电磁场的边界条件就是指场矢量的这种跃变所遵从的条件，也就是两侧切向分量之间以及法向分量之间的关系。 电磁场的边界条件可以由麦克斯韦方程组的积分形式推出，它实际上是积分形式的极限结果。这些边界条件是： n·(D1-D2)=ρs； (1) n×(E1-E2)=0； (2) n·(B1-B2)=0； (3) n×(H1-H2)=J)s。 (4) 式中n为两媒质分界面法线方向的单位矢量，场矢量E、D、B、H的下标1或2分别表示在媒质1或2内紧靠分界面的场矢量,ρ为分界面上的自由电荷面密度,J为分界面上的传导电流面密度。
式(1)表示在分界面两侧电位移矢量D的法向分量的差等于分界面上的自由电荷面密度。当分界面上无自由电荷时，两侧电位移矢量的法向分量相等,即其法向分量是连续的。式(2)表示在分界面两侧电场强度E的切向分量是连续的。式(3)表示在分界面两侧磁通密度B的法向分量是连续的。式(4)表示在分界面两侧磁场强度H的切向分量的差等于分界面上的表面传导电流面密度。当分界面上无表面传导电流时，两侧磁场强度的切向分量相等，即其切向分量是连续的。 当媒质2为理想导体时，E2、D2、B2、H2等于零，式(1)表示D1的法向分量等于自由电荷面密度；式(2)表示E1无切向分量.式(3)表示B1的法向分量为零；式(4)表示H1的切向分量等于表面传导电流面密度,并且与电流方向正交。 二、电磁波的辐射和传播 电磁波的产生与发射是通过天线来实现的。由振荡电路产生的强大交变讯号通过互感耦合到天线上，天线就有交变电流产生，如下图所示。此交变电流在天线周围激发交变磁场，交变磁场又激发交变的涡旋电场，交变的涡旋电场又反过来激发交变的涡旋磁场.如此相互激发产生电磁波并将其传播开去。 我们以天线上的交变电流变化一个周期为例，来说明电磁波的产生与传播过程。
电磁场与电磁波知识点
电磁场与电磁波知识点 电磁场与电磁波是电磁学的基本概念。电磁场是由电荷或电流所产生 的具有一定强度和方向的力场，它对空间中的其他电荷或电流起相互作用 的作用。电磁波是电磁场的一种传播形式，它是以电场和磁场相互作用而 产生的一种波动现象。 首先，我们来了解一下电磁场的基本概念。电磁场是由电荷或电流所 产生的力场。当电荷或电流存在时，它们会在周围产生电场和磁场。电场 是由电荷产生的力场，它与电荷的性质和位置有关，遵循库仑定律。磁场 是由电流产生的力场，它与电流的性质和流动方向有关，遵循安培定律。 电磁场有一定的强度和方向，它们可以通过电场强度和磁感应强度来描述。 电磁场是非常重要的物理概念，它在电磁学、电动力学和电磁波学等 领域中发挥着重要的作用。电磁场不仅能够解释电荷或电流之间的相互作用，还能够解释光的传播和电磁波的形成。 接下来，我们来了解一下电磁波的基本概念。电磁波是电磁场的一种 传播形式，它是以电场和磁场相互作用而产生的一种波动现象。电磁波是 由振荡的电荷或电流产生的，当电荷或电流振荡时，它们会在周围产生电 磁场的波动。 电磁波有许多特性，包括频率、波长、速度和偏振等。频率是指电磁 波的振荡次数，它与波长之间有一个简单的关系，即频率等于速度除以波长。波长是指电磁波的空间周期，它是电磁波在一个周期内传播的距离。 速度是指电磁波的传播速度，它在真空中的数值约为光速。偏振是指电磁 波的振动方向，电磁波可以是线偏振、圆偏振或者非偏振的。
电磁波在物质中的传播速度和真空中的传播速度有所不同。当电磁波传播到介质中时，它会与介质中的电荷和电流相互作用，从而减小传播速度。介质对电磁波的传播速度的影响可以用折射率来描述，折射率是介质中光速与真空中光速的比值。 电磁波在空间中传播时，它能够传递能量和动量。电磁波的能量和动量密度与电场和磁场的强度有关，它们可以通过能量密度和动量密度来描述。能量密度是单位体积内的能量，动量密度是单位体积内的动量。电磁波的能量和动量密度与电磁场的强度有一个简单的关系，即能量密度等于电场强度和磁感应强度的平方之和的一半，动量密度等于电场强度和磁感应强度的矢量叉乘的一半。 电磁波有许多重要的应用，包括通信、雷达、微波炉和医学成像等。电磁波可以通过天线进行发送和接收，它们可以在空间中传播到达目标位置。电磁波的频率决定了它的特定应用，例如无线电波用于广播和通信，微波用于加热食物，可见光用于照明和成像。
电磁场中的电磁波速度与折射率
电磁场中的电磁波速度与折射率电磁波是一种在电磁场中传播的波动现象，其速度和折射率是 研究电磁波性质的基本参数。电磁波在不同介质中传播时，其速 度和折射率会发生变化，并且与电磁场中的特定属性相关。本文 将详细论述电磁场中电磁波速度与折射率的相关知识。 1. 介质中的电磁波速度 电磁波在真空中的传播速度是一个常数，即光速，约为 3.00×10^8 m/s。然而，当电磁波遇到介质时，会发生速度的变化。根据麦克斯韦方程组的推导，介质中的电磁波速度与真空中的光 速之比等于介质的折射率。 2. 电磁波的折射率 折射率是介质对光的传播速度变化的量度。对于电磁波来说， 折射率是介质中电磁波速度与真空中光速之比。通常用符号n表示。
折射率可以分为绝对折射率和相对折射率。绝对折射率指的是介质中电磁波速度与真空中光速之比，而相对折射率指的是介质中电磁波速度与其他介质中电磁波速度之比。 3. 电磁波速度与折射率的关系 根据电磁波速度与折射率的定义，可以得出它们之间的简单关系。设v是电磁波在某介质中的速度，c是光在真空中的速度，n 是该介质的折射率，则有以下关系： v = c / n 这个关系可以解释为，当电磁波从真空中射入介质时，介质中的阻力使电磁波速度降低，折射率增大，反之亦然。 4. 折射率与介质性质之间的关系 介质的性质会直接影响其折射率的大小，从而影响电磁波在介质中的传播速度。
常见的影响折射率的因素有介质的密度、电磁波频率、介质的电磁感应性或介电常数等。不同介质的折射率不同，因此它们对电磁波的传播速度也会有所影响。 在多数普通透明介质中，折射率都会随着电磁波频率的增加而略微减小，这被称为频散，这一现象被广泛应用于光纤通信、光学器件等领域。 5. 应用与展望 电磁波速度与折射率的研究是电磁场理论的重要组成部分。在实际应用中，我们可以通过改变介质的性质来调控电磁波的传播速度，从而实现光的控制和调制。这为光通信、光子学、激光技术等领域的发展提供了基础。 此外，在材料科学和光学器件加工中，了解折射率与电磁波速度的关系也具有重要意义。如何改变或优化材料结构以实现特定的光学性能，将成为未来研究的热点。 总结：
电磁波的特征参数
电磁波的特征参数 与声波和水波相似，电磁波具有波的性质，可以发生折射等现象。它的速度，波长，频率之间满足关系式： 传播速度=波长×频率。 电磁波在空气中的传播速度为光速，波长λ=300/频率F（GHz）mm。从同步卫星到地球的传播时间大约1/8秒。 波速不变，波长和频率成反比 电磁波的重要特性有：①电磁波可以在真空中传播．②电磁波可以在真空中传播．③电磁波也会产生电磁污染． 电磁波为横波,可用于探测、定位、通信等等 传播速度约为光速（3*108m/s）,不需要介质,伴随着能量的传播而传播
长波波长1000米以上,中波波长100-1000米,短波波长10-100米,超短波和微波波长为10米以下由于长波的波长很长,地面的凹凸与其他参数的变化对长波传播的影响可以忽略. 在通信距离小于300km时,到达接收点的电波,基本上是表面波.长波穿入电离层的深度很浅,受电离层变化的影响很小,电离层对长 波的吸收也不大.因而长波的传播比较稳定.虽然长波通信在接收点 的场强相当稳定,但是它有两个重要的缺点： 1、于表面波衰减慢,发射台发出的表面波对其他接受台干扰很强 烈. 2、天电干扰对长波的接收影响严重,特别是雷雨较多的夏季. 中波能以表面波或天波的形式传播,这一点和长波一样.但长波 穿入电离层极浅,在电离层的下界面即能反射.中波较长波频率 高,故需要在比较深入的电离层处才能发生反射.波长在3000 －2000米的无线电通信,用无线或表面波传播,接收场强都很 稳定,可用以完成可靠的通信,如船舶通信与导航等.波长在20 00－200m的中短波主要用于广播,故此波段又称广播波段. 3、与长,中波一样,短波可以靠表面波和天波传播.由于短波频率 较高,地面吸收较强,用表面波传播时,衰减很快,在一般情况下,短波的表面波传播的距离只有几十公里,不适合作远距离通信 和广播之用.与表面波相反,频率增高,天波在电离层中的损耗 却减小.因此可利用电离层对天波的一次或多次反射,进行远距 离无线电通信.
电磁场的数值计算方法
电磁场的数值计算方法： 数值计算方法是一种研究并解决数学问题数值近似解的方法，广泛运用于电气、军事、经济、生态、医疗、天文、地质等众多领域。本文综述了电磁场数值计算方法的发展历史、分类，详细介绍了三种典型的数值计算方法—有限差分法、有限元法、矩量法, 对每种方法的解题思路、原理、步骤、特点、应用进行了详细阐述, 并就不同方法的区别进行了深入分析, 最后对电磁场数值计算方法的应用前景作了初步探讨。关键词：电磁场；数值计算；有限差分法；有限元法；矩量法引言自从1864 年Maxwell 建立了统一的电磁场理论，并得出著名的Maxwell 围绕电磁分布边值问题的求解国内外专家学者做了大量的工作。在数值计算方法之前, 电磁分布的边值问题的研究方法主要是解析法，但其推导过程相当繁琐和困难,缺乏通用性,可求解的问题非常有限。上个世纪六十年代以来,伴随着电子计算机技术的飞速发展,多种电磁场数值计算方法不断涌现,并得到广泛地应用,相对于解析法而言,数值计算方法受边界形状的约束大为减少,可以解决各种类型的复杂问题。但各种数值计算方法都有一定的局限性,一个复杂的问题往往难以依靠一种单一方法解决，因此如何充分发挥各种方法的优势,取长补短, 将多种方法结合起来解决实际问题,即混合法的研究和应用已日益受到人们的关注。本文综述电磁场的数值计算方法，对三种常用的电磁场数值计算方法进行分类和比较。电磁场数值计算方法的发展历史在上世纪四十年代，就有人试探用数值计算的方法来求解具有简单边界的电磁场问题，如采用Ritz ，以多项式在整个求解场域范围内整体逼近二阶偏微分方程在求解域中的解。五十年代，采用差分方程近似二阶偏微分方程，诞生了有限差分数值计算方法，开始是人工计算，后来采用机械式的手摇计算机计算，使简单、直观的有限差分法得到应用和发展，该方法曾在欧、美风行一时。1964 年美国加州大学学者Winslow 以矢量位为求解变量，用有限差分法在计算机上成忻州师范学院物理系本科毕业论文（设计）1965年，Winslow 首先将有限元法从力学界引入电气工程中，1969 年加拿大MeGill 大学P. Silvester运用有限元法成功地进行了波导的计算Chari合作将有限元法应用于二维非线性磁场的计算，成功地计算了直流电机、同步电机的恒定磁场。此后有关有限元法探讨的论文越来越多，有限元法运用的范围由静态场到涡流场到辐射场，由线性场到非线性场，由
电磁场与电磁波实验报告
电磁场与电磁波实验报告 实验一 电磁场参量的测量 一、 实验目的 1、 在学习均匀平面电磁波特性的根底上，观察电磁波传播特性互相垂直。 2、 熟悉并利用相干波原理，测定自由空间电磁波波长λ，并确定电磁波的 相位常数β和波速υ。 二、 实验原理 两束等幅、同频率的均匀平面电磁波，在自由空间从一样〔或相反〕方向传播时，由于初始相位不同发生干预现象，在传播路径上可形成驻波场分布。本实验正是利用相干波原理，通过测定驻波场节点的分布，求得自由空间电磁波波长λ的值，再由 λπβ2=，βω λν==f 得到电磁波的主要参量：β和ν等。 本实验采取了如下的实验装置 设入射波为φj i i e E E -=0，当入射波以入射角1θ向介质板斜投射时，那么在分界面上产生反射波r E 和折射波t E 。设介质板的反射系数为R ，由空气进入介质板的折射系数为0T ，由介质板进入空气的折射系数为c T ，另外，可动板2r P 和固定板1r P 都是金属板，其电场反射系数都为-1。在一次近似的条件下，接收喇叭处的相干波分别为1001Φ--=j i c r e E T RT E ，2002Φ--=j i c r e E T RT E 这里 ()13112r r r L L L ββφ=+=；()()231322222L L L L L L r r r r βββφ=+∆+=+=；
其中12L L L -=∆。 又因为1L 为定值，2L 那么随可动板位移而变化。当2r P 移动L ∆值，使3r P 有零指示输出时，必有1r E 与2r E 反相。故可采用改变2r P 的位置，使3r P 输出最大或零指示重复出现。从而测出电磁波的波长λ和相位常数β。下面用数学式来表达测定波长的关系式。 在3r P 处的相干波合成为()210021φφj j i c r r r e e E T RT E E E --+-=+= 或写成 () ⎪⎭ ⎫ ⎝⎛+-∆Φ-=200212cos 2φφj i c r e E T RT E 〔1-2〕 式中L ∆=-=∆Φβφφ221 为了测量准确，一般采用3r P 零指示法，即02cos =∆φ 或 π)12(+=∆Φn ，n=0,1,2...... 这里n 表示相干波合成驻波场的波节点〔0=r E 〕数。同时，除n=0以外的n 值，又表示相干波合成驻波的半波长数。故把n=0时0=r E 驻波节点为参考节点的位置0L 又因 L ∆⎪⎭ ⎫ ⎝⎛=∆λ π φ22 〔1-3〕 故 ()L n ∆⎪⎭ ⎫ ⎝⎛=+λππ2212 或 λ)12(4+=∆n L (1-4) 由〔1-4〕式可知，只要确定驻波节点位置及波节数，就可以确定波长的 值。当n=0的节点处0L 作为第一个波节点，对其他N 值那么有： n=1，()λ24401=-=∆L L L ,对应第二个波节点，或第一个半波长数。 n=1，()λ24412=-=∆L L L ,对应第三个波节点，或第二个半波长数。 …
2020年高考物理复习分单元资料：第13章《交变电流 电磁场和电磁波》
第十三章交变电流电磁场和电磁波 ●考点指要 知识点要求程度 Ⅱ 1.交流发电机及其产生正弦式电流的原理、正 弦交流电的图象.最大值与有效值.周期与频 率. Ⅰ 2.电感和电容对交变电流的作用.感抗和容 抗. 3.变压器的原理，电压比和电流比，电能的 Ⅰ 输送. 4.电磁场.电磁波.电磁波的波速. Ⅰ 5.无线电波的发射和接收. Ⅰ 6.电视.雷达. Ⅰ 【说明】只要求讨论单相理想变压器. ●复习导航 本章内容实际上是电磁感应现象研究的继续和其规律的具体应用.从交变电流的产生，交变电动势最大值的计算，变压器的工作原理，到LC电路中电磁振荡的规律以至电磁波的形成等都和楞次定律及法拉第电磁感应定律有密切的联系.因此在复习本章时，既要注意本章知识所具有的新特点(如周期性、最大值和有效值等)，还要时时注意本章知识与电磁感应规律的联系. 近几年高考对本章内容的考查，既有对本章知识的单独考查，命题频率较高的知识点有交变电流的变化规律(包括图象)、有效值，变压器的电压比、电流比，电磁振荡的周期、频率等；也有把本章知识和力学等内容相联系的综合考查，特别是带电粒子在加有交变电压的平行金属板间的运动问题，是近几年高考的一个热点. 组织本章复习时需特别注意，“电磁场和电磁波”的内容调整较多，以前作为重点内容的电磁振荡、振荡周期等内容在2020年的考纲中被删掉.但由于在新版的教
材中仍有这部分内容，所以在编写本书时适当保留了这部分内容，请读者复习时根据2020年考纲进行调整. 对本章知识的复习，可分以下两个单元组织进行：(Ⅰ)交变电流.(Ⅱ)电磁场和电磁波. 第Ⅰ单元交变电流 ●知识聚焦 一、交变电流 强度和方向都随时间作周期性变化的电流叫交变电流.如图13—1—1(a)(b)(c)所示的电流都属于交变电流. 图13—1—1 其中，按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流.如图13—1—1(a)所示. 二、正弦式电流的产生和规律 1.产生：在匀强磁场里，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里产生的是正弦交变电流. 2.规律： (1)函数形式：N匝面积为S的线圈以角速度ω转动，从中性面开始计时，则e=NBS ωsinωt.用E m 表示最大值NBSω，则ｅ＝E m sinω t.电流i= R e = R E m sinωt=I m sinωt. (2)用图象展现其规律如图13—1—1(a). 三、表征交变电流的物理量 1.瞬时值：交变电流某一时刻的值. 2.最大值：即最大的瞬时值.