電磁場理論課件——緒論

1、電磁場理論2040492緒論Dr. Qing WANG（汪清）School of Elec. and Info. Eng.Tianjin (Peiyang) University email: Room #: 26-D-5171課程信息pPrerequisites先修課程 高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理 場論、復(fù)變函數(shù)pText Books教材2電磁場與電磁波，第3版謝處方等，高等教育出版社，2001年電磁場與電磁波金杰、李媛，天津大學(xué)待出版，2013年電磁場與電磁波 教學(xué)指導(dǎo)書趙家升，高等教育出版社，2003年電磁場與電磁波P.勞蘭等著，人民教育出版社，1979年電磁場理論畢德顯，電子工業(yè)出版社，198

2、5年電磁場與電磁波基礎(chǔ)盧榮章，高等教育出版社，1985年pReference Books3課程意義 重要的電類技術(shù)基礎(chǔ)課，是從事電氣、電子技術(shù)領(lǐng)域工作的必備知識(shí)。 電磁場和電磁波基本理論是一些交叉學(xué)科的生長點(diǎn)和新興邊緣學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)。 電子科學(xué)的高速發(fā)展，通信傳輸速度不斷增加，電力電子設(shè)備增多，需要工程人員寬廣的電磁理論知識(shí)。電磁理論的發(fā)展過程p2000多年以前開始了解，18世紀(jì)中葉以后逐漸形成理論。p1771-1773年卡文迪許靜電實(shí)驗(yàn)；p1785年庫侖定律，隨后歐姆定律、基爾霍夫定律問世。此時(shí)一直認(rèn)為電與磁是獨(dú)立的。電磁理論的發(fā)展過程p1820年 奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁力，使磁針偏轉(zhuǎn)。p1825

3、年 安培定律，揭示兩電流之間相互作用。畢奧-薩伐定律，揭示磁場與電流之間定量關(guān)系。 p1831年 法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象。重大進(jìn)展，研究隨時(shí)間變化的電磁場。磁電。p 1864年 麥克斯韋方程組完整的電磁理論體系。19世紀(jì)人類文明史上的重大事件，從此邁入電的時(shí)代。 電磁理論的發(fā)展過程p 1886年 西門子發(fā)明發(fā)電機(jī)。磁電，轉(zhuǎn)子、定子線圈切割磁力線產(chǎn)生電流。p 1876年 貝爾-電話p 1879年 愛迪生-電燈p 1888年 赫茲-電磁波實(shí)驗(yàn)，證明電磁波存在p 1898年 意大利的馬克尼、俄國的波波夫分別實(shí)現(xiàn)了無線電遠(yuǎn)距離傳播。p 1894年 無線電報(bào)p 1906年 無線電廣播p 1911年 導(dǎo)航

4、p 1916年 無線電話p 1921年 短波通信p 1923年 傳真p 1929年 電視p 1933年 微波通信p 1935年 雷達(dá)p 近代：無線電遙測、遙控、衛(wèi)星通信、光纖通信、移動(dòng)通信等。電磁場全面應(yīng)用電磁場、電磁波與工程應(yīng)用p通信經(jīng)歷了電磁波的傳輸、發(fā)射、傳播、接收等過程傳輸導(dǎo)行電磁波（波導(dǎo)理論）發(fā)射和接收天線（天線理論）傳播入射、反射、透射、繞射（電波傳播）發(fā)射機(jī)末級回路產(chǎn)生的高頻振蕩電流經(jīng)過饋線送到發(fā)射天線，通過發(fā)射天線將其轉(zhuǎn)換成電磁波輻射出去；接收端，從電磁波在接收天線上產(chǎn)生高頻振蕩電流，再經(jīng)饋線將高頻振蕩電流送到接收機(jī)輸入回路，完成信息的傳遞。電磁場、電磁波與工程應(yīng)用p天線電磁場

5、、電磁波與工程應(yīng)用矩形波導(dǎo)平行雙線p傳輸線微帶線同軸線圓波導(dǎo)電磁場、電磁波與工程應(yīng)用p電磁兼容（EMC） EMC是一門新興的綜合學(xué)科，主要研究電磁干擾和抗干擾問題。 是指設(shè)備或系統(tǒng)在所處的電磁環(huán)境中能正常工作，且不對該環(huán)境中任何其他事物構(gòu)成不能承受的電磁干擾的能力。 電磁兼容技術(shù) 接地技術(shù)：保護(hù)接地和通信接地分離 電纜干擾抑制：濾波連接器抑制共模電流 無線電干擾抑制：同頻干擾、鄰頻干擾、互調(diào)干擾、諧波雜散干擾電磁場、電磁波與工程應(yīng)用p 生物電磁學(xué) 生物電來源于細(xì)胞的功能。在不受外界刺激的靜息狀態(tài)下，活細(xì)胞的細(xì)胞外帶正點(diǎn)、內(nèi)部帶負(fù)電，即細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)電勢(-90-70mV)低于膜外側(cè)(0)，存在靜息

6、電勢?？膳d奮組織：神經(jīng)、肌肉、腺體等，當(dāng)外界刺激強(qiáng)度到達(dá)一定閾值時(shí)，細(xì)胞膜對離子的通透性會(huì)發(fā)生突然變化，導(dǎo)致細(xì)胞膜內(nèi)外離子濃度發(fā)送變化，細(xì)胞內(nèi)的電勢突然變?yōu)檎妱?2030mV)，產(chǎn)生動(dòng)作電勢。 生物磁人體內(nèi)有弱磁性物質(zhì)，在地磁場或外界磁場的作用下產(chǎn)生感應(yīng)磁場少數(shù)生物體內(nèi)有微量強(qiáng)磁性物質(zhì)，蜜蜂、鴿子“導(dǎo)航”依賴微量強(qiáng)磁性物質(zhì)p 電磁污染與醫(yī)療保健p 航天科技：宇宙電磁輻射生物效應(yīng)，為人類進(jìn)入太空提供可能。p 人工智能：掌握人類學(xué)習(xí)過程中的機(jī)體生物電磁活動(dòng)過程，利用腦電、心電、肌電信息，將人類知識(shí)轉(zhuǎn)化為電磁形式。電磁場、電磁波與工程應(yīng)用p微波加熱原理：有極分子電介質(zhì)和無極分子電介質(zhì)置于微波電磁場

7、中時(shí)，介質(zhì)材料中會(huì)形成偶極子或已有的偶極子重新排列，并隨著高頻交變電磁場以每秒高達(dá)數(shù)億次的速度擺動(dòng)，分子要隨著不斷變化的高頻電場的方向重新排列，就必須克服分子原有的熱運(yùn)動(dòng)和分子相互間作用的干擾和阻礙，產(chǎn)生類似于摩擦的作用，實(shí)現(xiàn)分子水平的攪拌，從而產(chǎn)生大量的熱。電磁爐微波爐課程內(nèi)容與特點(diǎn)p基本的電磁場定律，靜態(tài)場的分析，時(shí)變電磁場，正弦平面波。p電磁場與電磁波理論是體系完整的經(jīng)典理論，內(nèi)容豐富、概念性強(qiáng)，涉及空間和時(shí)間多維空間上的矢量場，抽象而靈活。 p需將物理概念和數(shù)學(xué)方法結(jié)合起來，培養(yǎng)形象思維、抽象思維，以及分析問題、解決問題能力。p學(xué)習(xí)時(shí)抓概念，掌握公式、定理，靈活運(yùn)用，獨(dú)立完成習(xí)題；注意總結(jié)與歸納。課程大綱p一、矢量分析三個(gè)度：散度、旋度、梯度兩個(gè)恒等式：高斯定理、斯托克斯定理亥姆霍茲定理（發(fā)散源、漩渦源）p二、靜電場真空中（帶電質(zhì)點(diǎn)）、電介質(zhì)中（束縛電荷）基本方程、本構(gòu)關(guān)系、邊界條件、能量、力p三、恒定電場導(dǎo)體媒質(zhì)中（恒定電流）基本方程、本構(gòu)關(guān)系、邊界條件、能量、力課