电动力学Chapter43(有导体存在时电磁波的传播).ppt

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§3 有导体存在时电磁波的传播
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真空和绝缘介质中电磁波------在真空和理想绝缘介质内部，没有能量损耗，电磁波可以无衰减地传播．
导体中的电磁波------导体内有自由电子，在电磁波电场作用下，自由电子运动形成传导电流，由电流产生的焦耳热使电磁波能量不断损耗．因此，在导体内部的电磁波是一种衰减波．在传播过程中，电磁能量转化为热量．
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导体内电磁波的传播过程是交变电磁场与自由电子运动互相制约的过程，这种相互作用决定导体内电磁波的存在形式．先研究导体内自由电荷分布的特点，然后在有传导电流分布的情形下解麦克斯韦方程组，分析导体内的电磁波以及在导体表面上电磁波的反射和折射问题．
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在静电情形我们知道导体内部不带电，自由电荷只能分布于导体表面上．在迅变场中是否仍然保持这特性呢？
1．导体内的自由电荷分布
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在电场E作用下，导体内引起传导电流J．由欧姆定律，
式中为电导率，联立得
设导体内部某区域内有自由电荷分布，其密度为．这电荷分布激发电场E，
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解此方程得
上式表示当导体内某处有电荷密度出现时，就有电流从该处向外流出．从物理上看这是很明显的．因为假如某区域内有电荷积聚的话，电荷之间相互排斥，必然引起向外发散的电流．由于电荷外流，每一体元内的电荷密度减小． 的变化率由电荷守恒定律确定
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因此，只要电磁波的频率满足<< -1 = / , 或
式中0 为t=0时的电荷密度．由上式，电荷密度随时间指数衰减，衰减的特征时间（ 值减小到 0／e的时间）为
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就可以认为(t)＝0．上式可以看作良导体条件．对于一般金属导体， 的数量级为 10-17 s．只要电磁波频率不太高，一般金属导体都可以看作良导体．良导体内部没有自由电荷分布，电荷只能分布于导体表面上．
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2．导体内的电磁波
导体内部产=0，J＝E，麦氏方程组为
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对一定频率的电磁波，可令
D＝E，B＝H，则有
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