§12-7  电磁波的产生和传播

一、 从电磁振荡到电磁波

    根据麦克斯韦对涡旋电场和位移电流的预言,可以得到这样的结论,

图 12-19

即周期性变化的磁场必定会激发周期性变化的电场,而周期性变化的电场也会激发周期性变化的磁场。变化的电场和变化的磁场互相依存、又互相激发, 并以有限的速度在空间传播,就是电磁波。图12-19是电磁波沿一维空间传播的示意图。

    一个LC振荡电路原则上可以作为发射电磁波的波源。当已充电的电容器通过电感线圈放电时,由于线圈自感电动势的产生,电路上的电流只能逐渐上升,电容器极板间的电场能量逐渐转变为线圈内的磁场能量。随着电容器电荷减少到零,线圈中的电流达到最大值,电场能量全部转变为磁场能量。这时,虽然电容器电荷没有了,但电流并不马上消失, 因为线圈产生了与刚才方向相反的自感电动势,使电路上的电流按原来放电电流的方向继续流动,并对电容器反方向充电,从而在两极板间建立了与先前方向相反的电场。当电容器极板上的电荷达到最大值时,电路中的电流减小到零,线圈中的磁场也相应消失,至此,线圈中的磁场能量又全部转变为电容器极板间的电场能量。以后又重复上面的过程,不过电路中的电流的方向与先前相反了。这样的过程周而复始地进行下去,电路中就产生了周期性变化的电流。这种电荷和电流随时间作周期性变化的现象,称为电磁振荡。振荡电路的固有振荡频率为

                          .                   (12-72)

    要把这样的振荡电路作为波源向空间发射电磁波,还必须具备两个条件,一是振荡频率要高,二是电路要开放。要提高电磁振荡频率,就必须减小电路中线圈的自感L和电容器的电容C;要开放电路,就是不让电磁场和电磁能集中在电容器和线圈之中,而要分散到空间去。根据这样的要求对电路进行改造,结果整个LC振荡电路就演变成为一根直导线,电流在其中往返振荡,两端出现正负交替变化的等量异号电荷,此电路就称为振荡偶极子,或偶极振子。以偶极振子作为天线,就可以有效地在空间激发电磁波。

       
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