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LC振荡电路与电磁波中电场与磁场的相位关系
华东师范大学 钱振华
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一、问题 但是LC振荡所产生的辐射电磁波,其电场与磁场是同位相的。 这两者存在矛盾吗?
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二、电磁辐射场的分区与特点 近区: 辐射源邻近区域,称似稳区 条件为 r/λ«1,场强与1/r2成正比, Ε与Β位相差π/2; 远区:
远离辐射源区域,称辐射区 条件为 r/λ»1,场强与1/r 成正比, Ε与Β同相; 过渡区:远区与近区之间,条件为 r/λ≈1。
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三、近场区的场是似稳场 近场区的场源是电荷与电流, 电场为无旋场(保守场),即静电场, 磁场为稳恒电流的磁场,即似稳场。
场与源之间是瞬时传递的超距作用。电场与电荷,磁场与电流同步变化。两者有π/2的位相差。 当Q=Q0Sinωt,I=Q=Q0Cosωt=Q0Sin(ωt-π/2)
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四、远场区的场是辐射场 远场区的辐射即交变的电磁场,场源是位移电流。
位移电流即变化的电场,它又产生变化的磁场,从而循环变化形成电磁波,以有限速度——光速C传播。 设源的变化为Sinωt ,则场的变化为 Sinω(t- )= Sin(ωt-kr ),k= 称波数。
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变化的电场产生变化的磁场,变化的磁场产生变化的电场, ▽XH=∂D/∂t
▽XE=-∂B/∂t 这是二个Maxwell方程,表示电场与磁场的关系。 上式可简化为 - ∂H/∂Z = ∂D/∂t 可见磁场或电场的空间变化率与电场或磁场的时间变化率相关, 设D=D。Sin(ωt-kz),H=H。Sin(ωt-kz) 代入方程后,两者是同相的。
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五、关于能量问题 在LC振荡电路中,磁场能与电场能交替变换,忽略损耗,则总量保持守恒。
在电磁波辐射场中,磁场能与电场能在传播过程中,同时达到最大或最小,应当注意电磁辐射是个能量的传播过程,辐射能与振荡源的消耗能量保持平衡。电磁场是局域守恒的。
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