生活中的物理學 第六講電磁波及其應(yīng)用 電磁波與我們的生活息息相關(guān)，我們的通訊、娛樂、安全、環(huán)境、衛(wèi)生、醫(yī)療等等都離不開電磁波。那么為什么從波長為上萬千米的無線電波到波長不足0.001納米的射線都叫電磁波，電磁波的本質(zhì)是什么？要回答這個問題，我們首先需要了解麥克斯韋的電磁場理論。一一、麥麥克克斯斯韋韋電電磁磁場場理理論論 電磁場理論建立過程中，有三位科學家做出了杰出貢獻，他們是：奧斯特、法拉第和麥克斯韋在公元前六、七世紀人類就發(fā)現(xiàn)了電和磁1820年，奧斯特發(fā)現(xiàn)了,一一、麥麥克克斯斯韋韋電電磁磁場場理理論論安培對不同形狀通電，即安培定律在奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)后，法拉第提出了兩個革命性的概念：場和力線并且從對稱性的角度出發(fā)，認為：,結(jié)論：動磁才能產(chǎn)生電，也就是，并且得到了電磁感應(yīng)定律一一、麥麥克克斯斯韋韋電電磁磁場場理理論論 在法拉第之后有一個偉大的物理學家，就是麥克斯韋，他認為電磁學應(yīng)該像力學一樣，有一套完整的方程，并且在法拉第提出的場和力線的基礎(chǔ)上，將安培定律及電磁感應(yīng)定律，在矢量場中以方程的形式表達出來的，于是他得到了，下面的方程一一、麥麥克克斯斯韋韋電電磁磁場場理理論論 他覺得上述方程還不完美，因為他注意到了安培定律與電磁感應(yīng)定律的不對稱性 他就想怎樣能使得電動起來，就像，因此他就開始研究電容器電容.，他認為電容器里是有電流的，并創(chuàng)造性地提出了位移電流的概念，它等于電場的時間變化率，并且在上述第4個方程中添加了這一項一一、麥麥克克斯斯韋韋電電磁磁場場理理論論 到1865年，改變世界的麥克斯韋方程組建立了 方程基本對稱，電場和磁場都有了隨時間的變化率了（當然沒有完全對稱，因為到現(xiàn)在都沒有發(fā)現(xiàn)磁荷）那么電磁場理論的核心思想用語言可表達為為：變變化化的的磁磁場場可可以以激激發(fā)發(fā)渦渦旋旋電電場場，變變化化的的電電場場可可以以激激發(fā)發(fā)渦渦旋旋磁磁場場；電電場場和和磁磁場場不不是是彼彼此此孤孤立立的的，他他們們相相互互聯(lián)聯(lián)系系、相相互互激激發(fā)發(fā)組組成成一一個個統(tǒng)統(tǒng)一一的的電電磁磁場場一一、麥麥克克斯斯韋韋電電磁磁場場理理論論 麥克斯韋方程組就是電磁場理論在數(shù)學上的表示一一、麥麥克克斯斯韋韋電電磁磁場場理理論論 麥克斯韋方程組的左邊與空間坐標有關(guān)，右邊與時間有關(guān)，也就是磁場和電場都是時間和位置的函數(shù)，而只有波的表達式才同時是時間和位置的函數(shù) 因此，麥克斯韋方程組預(yù)言了電磁波的存在。1 18 88 87 7年年，德德國國科科學學家家赫赫茲茲用用火火花花隙隙激激勵勵一一個個環(huán)環(huán)狀狀天天線線，證證實實了了麥麥克克斯斯韋韋關(guān)關(guān)于于電電磁磁波波存存在在的的預(yù)預(yù)言言，這這一一重重要要的的實實驗驗導導致致了了后后來來無無線線電電報報的的發(fā)發(fā)明明,以以及及今今天天電電磁磁波波的的廣廣泛泛應(yīng)應(yīng)用用。一一、麥麥克克斯斯韋韋電電磁磁場場理理論論一一、麥麥克克斯斯韋韋電電磁磁場場理理論論振振蕩蕩電電場場 振振蕩蕩磁磁場場電電磁磁輻輻射射電電磁磁波波 所所有有的的電電磁磁輻輻射射都都具具有有波波動動性性，因因此此，電電磁磁輻輻射射又又稱稱為為電電磁磁波波（1）電磁波可以脫離介質(zhì)傳播。傳播速度為：（2）電磁波也可以脫離源而傳播，自由空間電磁波方程就是在無源的條件下推導出來的。c=310 8m/s（3）電磁波是物質(zhì)的傳播。一一、麥麥克克斯斯韋韋電電磁磁場場理理論論 電電磁磁波波的的特特性性