等离子体物理导论

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1、主讲：刘万东教授电动力学Electrodynamics第五章电磁波辐射5.3电磁辐射5.4电磁波衍射5.5麦克斯韦张量电磁场对物质的作用力电磁场的动量和动量流密度平面电磁波及辐射压力理想磁流体的平衡及磁张力第二十三讲能量的概念不断地扩充，保持能量守恒的信念动能势能（保守力场中可以用动能转换过来的“东西”，机械能）热能（宏观的机械能消失后产生的“效应”）电磁能（其他能量通过电磁相互作用消失后的“效应”）电磁场能量、动量概念用能量守恒的概念将“能量”的概念赋予电磁场电磁场对物质的作用力作功体现了能量的变化若能量守恒成立，电磁场的

2、能量概念可以确定场是空间分布的，因此有能量密度、能流密度的概念用动量守恒的概念将“动量”的概念赋予电磁场电磁场对物质的作用力体现了动量的变化若动量守恒成立，电磁场的动量概念可以确立场是空间分布的，因此有动量密度、动量流密度的概念第二十三讲回顾：电磁场的能量和能流密度电磁场对物质（介质）做功的功率密度：♨电磁场做功＝流入电磁能＋电磁能消耗能流密度：能量密度变化率：包含了介质磁化、极化的能量，此能量和电磁场能量相互转换第二十三讲纯电磁场的能量和能流密度能量密度：能流密度：♨场对极化电荷（粒子）作功极化能量（可逆）场对磁化电流(粒

3、子)作功磁化能量（可逆）场对自由粒子作功动能热能（不可逆）第二十三讲♨电磁场对物质的作用力电磁场对物质（介质）作用力（密度）：第二十三讲电磁场的动量和动量流密度场对物体施力＝动量流入（率）＋动量消耗（率）动量密度：动量流密度张量：电磁场应力张量：麦克斯韦应力张量动量流密度张量：动量密度与能流密度关系：为单位时间通过此面元的电磁场动量第二十三讲考虑介质时电磁场对物质的作用力电磁场对物质（介质）作用力（密度）：线性、均匀、各向同性介质：，系数为常数♨♨♨第二十三讲平面电磁波动量流密度张量：动量流密度：平面电磁波：、、构成右手系,

4、场量子化为光子，能量：，动量：♨第二十三讲辐射压力动量流密度张量：通过表面单位面积动量流(表面辐射压强）：考虑电磁波入射到物质表面，若全被反射（金属），电磁波动量改变体现为对物质表面的压力，即辐射压力若电磁波从各方向入射，对立体角平均，有：太阳辐射,能流：，辐射压力：激光打靶,能流：，辐射压力：第二十三讲理想磁流体的平衡磁流体运动方程：稳定态，力的平衡：直柱磁场磁流体平衡：等离子体热压力与磁压力耦合在一起磁压力约束等离子体第二十三讲磁张力磁场应力张量：磁化等离子体像弹性介质磁力线像弹性绳一样具有张力磁流管受力情况侧面受压力：

5、上端面受拉力：下端面受拉力：第二十三讲第23－24讲作业Page226习题11-13Page290习题1-2第二十一讲第六章狭义相对论6.1相对论原理惯性系和相对性原理光速不变与爱因斯坦相对性原理时间的相对性事件与间隔固有时间6.2洛伦兹变换射6.3相对论力学6.4相对论电动力学第二十四讲惯性系和相对性原理惯性系牛顿第一定律所定义的参考系（其中无外力作用物体作等速运动）最简洁描述物理现象的参考系存在无限多个惯性系（存在吗？）相对性原理所有的自然规律在所有的惯性系中都是相同的包括牛顿力学描述的力学规律（应该）包括电磁现象（我们

6、的信念）无特殊的惯性系没有绝对的速度（在船舱中不能通过任何实验确定其速度）物理定律的数学形式与具体的惯性系无关从一个（惯性）系变换到另一个，方程不变第二十四讲光速不变与爱因斯坦相对性原理实验表明，瞬时相互作用不存在存在最大的相互作用传播速度最大的相互作用速度对所有的惯性参考系都是一样的（相对性原理）光速具备此特征（麦克斯韦方程预言的电磁波速度不变）爱因斯坦相对性原理（物理规律在惯性系不变的）相对性原理相互作用传播速度有限性（光速不变）伽利略相对性原理（力学规律在惯性系不变的）相对性原理相互作用瞬态传播相对论力学经典力学双星现

7、象迈克尔逊实验第二十四讲时间的相对性经典力学距离是相对的，与参考系有关（不同时事件是否发生在同一点要推敲）时间是绝对的，与参考系无关伽利略变换：或：爱因斯坦相对性原理下同时的相对性在系，点发出的（光）信号同时到达点和点在系，点发出的（光）信号先到达点后到达点时间是相对的第二十四讲事件与间隔在不同惯性系中两事件的间隔应有线性关系：两事件的间隔如果此两事件是光信号的传播，则其间隔为零若两事件的在某惯性系的间隔为零，则在其他惯性系也为零事件：(发生的时间、地点)用四个坐标描述每个事件是此四度空间的一个点，称为“世界点”系数最多与相

8、对速度大小相关同样：两个事件的间隔是不变量，与惯性系无关:或：说明第二十四讲类时间隔和类空间隔间隔的类空性或类时性与参考系无关，是绝对的概念若两事件的间隔为实数，即，称为类时间隔存在一个参考系，在此系中，类时间隔两事件发生在同一空间点同一物体上发生的两个事件，永远是类时的某参考系同时发生的