本讲内容 场和电荷系统的能量守恒定律 场的能量密度 场的能流密度 电磁能量的传输 场和电荷系统的动量守恒定律 场的动量密度 场的动量流密度 山东大学物理学院宗福建
本讲内容 场和电荷系统的能量守恒定律 场的能量密度 场的能流密度 电磁能量的传输 场和电荷系统的动量守恒定律 场的动量密度 场的动量流密度 山东大学物理学院 宗福建 16
电磁场的能量和能流 电磁场是一种物质,它具有内部运动。电磁场的运动和其他物 质运动形式相比有它特殊性的一面,但同时也有普遍性的一面, 即电磁场运动和其他物质运动形式之间能够互相转化。这种普 遍性的反映是各种运动形式有共同的运动量度—能量。我们 对一种新的运动形态的认识是通过它和已知的运动形态的能量 守恒定律来得到的。 下面我们将通过电磁场和带电物体相互作用过程中,电磁场的 能量和带电体运动的机械能互相转化来求出电磁场的能量表达 式 山东大学物理学院宗福建
电磁场的能量和能流 电磁场是一种物质，它具有内部运动。电磁场的运动和其他物 质运动形式相比有它特殊性的一面，但同时也有普遍性的一面， 即电磁场运动和其他物质运动形式之间能够互相转化。这种普 遍性的反映是各种运动形式有共同的运动量度——能量。我们 对一种新的运动形态的认识是通过它和已知的运动形态的能量 守恒定律来得到的。 下面我们将通过电磁场和带电物体相互作用过程中，电磁场的 能量和带电体运动的机械能互相转化来求出电磁场的能量表达 式。 山东大学物理学院 宗福建 17
场和电荷系统的能量守恒定律的一般形式 以天线辐射电磁波的过程为例 在这过程中,电磁能量随着电磁波的运动不断地从 天线传向远方。在空间各点上,都可以接受到电磁 波的能量,但是同一接收器在不同点上的接受功率 是不同的,它与离天线的距离有关,而且也和方向 有关。由此可见,能量是按一定方式分布于场内的, 而且由于场在运动着,场能量不是固定的分布于空 间中,而是随着场的运动而在空间中传播。 山东大学物理学院宗福建
场和电荷系统的能量守恒定律的一般形式 以天线辐射电磁波的过程为例 在这过程中，电磁能量随着电磁波的运动不断地从 天线传向远方。在空间各点上，都可以接受到电磁 波的能量，但是同一接收器在不同点上的接受功率 是不同的，它与离天线的距离有关，而且也和方向 有关。由此可见，能量是按一定方式分布于场内的， 而且由于场在运动着，场能量不是固定的分布于空 间中，而是随着场的运动而在空间中传播。 山东大学物理学院 宗福建 18
场和电荷系统的能量守恒定律的一般形式 因此,我们需要引入两个物理量来描述电磁场的能 量 (1)场的能量密度w,它是场内单位体积的能量, 是空间位置x和时间函数,W=W(x,t); ·(2)场的能流密度S它描述能量在场内的传播。 S在数值上等于单位时间垂直流过单位横截面的能量, 其方向代表能量传输方向。 山东大学物理学院宗福建
场和电荷系统的能量守恒定律的一般形式 因此，我们需要引入两个物理量来描述电磁场的能 量： （1）场的能量密度w，它是场内单位体积的能量， 是空间位置x和时间t的函数，w = w (x , t)； （2）场的能流密度S,它描述能量在场内的传播。 S在数值上等于单位时间垂直流过单位横截面的能量， 其方向代表能量传输方向。 山东大学物理学院 宗福建 19
场和电荷系统的能量守恒定律的一般形式 场和电荷相互作用时,能量就在场和电荷之间转移。 例如在接收电磁波的过程中,电磁场作用于接收天 线的自由电荷上,引起天线上的电流,电磁波的 部分能量即转化为接收系统上的电磁能量。 由此,场和电荷之间,场的一区域与另一区域之间, 都可能发生能量转移。 在转移过程中总能量是守恒的。 山东大学物理学院宗福建
场和电荷系统的能量守恒定律的一般形式 场和电荷相互作用时，能量就在场和电荷之间转移。 例如在接收电磁波的过程中，电磁场作用于接收天 线的自由电荷上，引起天线上的电流，电磁波的一 部分能量即转化为接收系统上的电磁能量。 由此，场和电荷之间，场的一区域与另一区域之间， 都可能发生能量转移。 在转移过程中总能量是守恒的。 山东大学物理学院 宗福建 20