謝處方電磁場電磁波課件緒論

1、緒緒 論論電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版1電子科技大學(xué)電子科技大學(xué) 楊顯清楊顯清 張靖張靖高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社 （第四版）高高 等等 教教 育育 電電 子子 音音 像像 出出 版版 社社緒緒 論論電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版2一、課程的性質(zhì)一、課程的性質(zhì)二、電磁場理論的發(fā)展二、電磁場理論的發(fā)展三、電磁場理論的應(yīng)用三、電磁場理論的應(yīng)用 四、內(nèi)

2、容安排四、內(nèi)容安排五、學(xué)習(xí)的目的、方法及其要求五、學(xué)習(xí)的目的、方法及其要求六、主要參考書六、主要參考書緒緒 論論電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版3 電磁場電磁場（或電磁波）作為能量的一種形式，是當(dāng)今世界最（或電磁波）作為能量的一種形式，是當(dāng)今世界最重要的能源之一重要的能源之一 電磁波電磁波作為信息傳輸?shù)妮d體，成為當(dāng)今人類社會發(fā)布和獲作為信息傳輸?shù)妮d體，成為當(dāng)今人類社會發(fā)布和獲取信息、探測未知世界的重要手段取信息、探測未知世界的重要手段一、課程的性質(zhì)一、課程的性質(zhì) 電類專業(yè)學(xué)生必修

3、的技術(shù)基礎(chǔ)課電類專業(yè)學(xué)生必修的技術(shù)基礎(chǔ)課 是電氣工程師的必備知識是電氣工程師的必備知識 是電磁理論的重要組成部分是電磁理論的重要組成部分緒緒 論論電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版41電磁場理論的早期研究電磁場理論的早期研究 電、磁現(xiàn)象是大自然最重要的往來現(xiàn)象，也是最早被科學(xué)電、磁現(xiàn)象是大自然最重要的往來現(xiàn)象，也是最早被科學(xué)家們關(guān)心和研究的物理現(xiàn)象，其中貢獻(xiàn)最大的有家們關(guān)心和研究的物理現(xiàn)象，其中貢獻(xiàn)最大的有賴頓、富蘭克賴頓、富蘭克林、伏打林、伏打等科學(xué)家。等科學(xué)家。 19世紀(jì)以前，

4、電、磁現(xiàn)象一直作為兩個獨(dú)立的物理現(xiàn)象，世紀(jì)以前，電、磁現(xiàn)象一直作為兩個獨(dú)立的物理現(xiàn)象，沒有人發(fā)現(xiàn)它們之間的相互聯(lián)系。但是這些研究（特別是沒有人發(fā)現(xiàn)它們之間的相互聯(lián)系。但是這些研究（特別是伏打伏打1799年發(fā)明了電池）為電磁學(xué)理論的建立奠定了基礎(chǔ)。年發(fā)明了電池）為電磁學(xué)理論的建立奠定了基礎(chǔ)。二、電磁場理論的發(fā)展二、電磁場理論的發(fā)展緒緒 論論電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版52電磁場理論的建立電磁場理論的建立 18世紀(jì)末期，德國哲學(xué)家世紀(jì)末期，德國哲學(xué)家謝林謝林認(rèn)為，宇宙是有活力的，

5、認(rèn)為，宇宙是有活力的，而不是僵死的。他認(rèn)為電就是宇宙的活力，是宇宙的靈魂，而不是僵死的。他認(rèn)為電就是宇宙的活力，是宇宙的靈魂，電、磁、光、熱是相互聯(lián)系的。電、磁、光、熱是相互聯(lián)系的。 奧斯特奧斯特是是謝林謝林的信徒，他從的信徒，他從1807年開始研究電、磁之間年開始研究電、磁之間的關(guān)系。的關(guān)系。1820年，他發(fā)現(xiàn)電流以力作用于磁針。年，他發(fā)現(xiàn)電流以力作用于磁針。 安培安培發(fā)現(xiàn)作用力的方向、電流的方向、磁針到通電導(dǎo)線發(fā)現(xiàn)作用力的方向、電流的方向、磁針到通電導(dǎo)線的垂直方向是相互垂直的，并定量建立了若干數(shù)學(xué)公式。的垂直方向是相互垂直的，并定量建立了若干數(shù)學(xué)公式。緒緒 論論電磁場與電磁波電磁場與電磁波

6、電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版6 法拉第法拉第 在在謝林謝林的影響下，相信電、磁、光、熱是相互聯(lián)的影響下，相信電、磁、光、熱是相互聯(lián)系的。奧斯特系的。奧斯特1820年發(fā)現(xiàn)電流以力作用于磁針后，法拉第敏銳年發(fā)現(xiàn)電流以力作用于磁針后，法拉第敏銳地意識到，電可以對磁產(chǎn)生作用，磁也一定能夠?qū)﹄姰a(chǎn)生影響。地意識到，電可以對磁產(chǎn)生作用，磁也一定能夠?qū)﹄姰a(chǎn)生影響。1821年他開始探索磁生電的實(shí)驗(yàn)。年他開始探索磁生電的實(shí)驗(yàn)。1831年他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)磁棒插入年他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)磁棒插入導(dǎo)體線圈時，線圈中就會產(chǎn)生電流。這表明，電與磁之間

7、存在導(dǎo)體線圈時，線圈中就會產(chǎn)生電流。這表明，電與磁之間存在著密切的聯(lián)系。著密切的聯(lián)系。 麥克斯韋麥克斯韋 深入研究并探討了電與磁之間發(fā)生作用的問題，深入研究并探討了電與磁之間發(fā)生作用的問題，發(fā)展了場的概念。在法拉第實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)了宏觀電磁現(xiàn)發(fā)展了場的概念。在法拉第實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)了宏觀電磁現(xiàn)象的規(guī)律，引進(jìn)位移電流的概念。這個概念的核心思想是：變象的規(guī)律，引進(jìn)位移電流的概念。這個概念的核心思想是：變化著的電場能產(chǎn)生磁場，與變化著的磁場產(chǎn)生電場相對應(yīng)。在化著的電場能產(chǎn)生磁場，與變化著的磁場產(chǎn)生電場相對應(yīng)。在此基礎(chǔ)上提出了一套偏微分方程來表述電磁現(xiàn)象的基本規(guī)律，此基礎(chǔ)上提出了一套偏微分方程來表

8、述電磁現(xiàn)象的基本規(guī)律，稱為麥克斯韋方程組，是經(jīng)典電磁學(xué)的基本方程。稱為麥克斯韋方程組，是經(jīng)典電磁學(xué)的基本方程。緒緒 論論電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版73電磁場理論的發(fā)展電磁場理論的發(fā)展 在麥克斯韋方程建立后的一百多年里在麥克斯韋方程建立后的一百多年里,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電磁理論得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，尤其近展，電磁理論得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，尤其近30年來，年來，無無線電電子學(xué)、計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)線電電子學(xué)、計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，的飛速發(fā)展，生物電磁學(xué)、

9、生物電磁學(xué)、環(huán)境電磁學(xué)環(huán)境電磁學(xué)和和電磁兼容電磁兼容等學(xué)科的建立，向電磁理論提出了許等學(xué)科的建立，向電磁理論提出了許多新的研究課題，使現(xiàn)代電磁理論得到了迅速的發(fā)展。多新的研究課題，使現(xiàn)代電磁理論得到了迅速的發(fā)展。緒緒 論論電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版8 1887年，德國科學(xué)家年，德國科學(xué)家赫茲赫茲用火花隙激勵一個環(huán)狀天線，用火花隙激勵一個環(huán)狀天線，用另一個帶隙的環(huán)狀天線接收，證實(shí)了用另一個帶隙的環(huán)狀天線接收，證實(shí)了麥克斯韋麥克斯韋關(guān)于電磁波關(guān)于電磁波存在的預(yù)言，這一重要的實(shí)驗(yàn)

10、導(dǎo)致了后來無線電報的發(fā)明。存在的預(yù)言，這一重要的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致了后來無線電報的發(fā)明。從此開始了電磁場理論應(yīng)用與發(fā)展時代，并且發(fā)展成為當(dāng)代從此開始了電磁場理論應(yīng)用與發(fā)展時代，并且發(fā)展成為當(dāng)代最引人注目的學(xué)科之一。最引人注目的學(xué)科之一。三、電磁場理論的應(yīng)用三、電磁場理論的應(yīng)用 緒緒 論論電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版9無線電報無線電報: 1895年，意大利年，意大利馬可尼馬可尼成功地進(jìn)行了成功地進(jìn)行了2.5km距離的無線距離的無線電報傳送實(shí)驗(yàn)；電報傳送實(shí)驗(yàn)；1896年，年，波波夫波波夫進(jìn)

11、行了約進(jìn)行了約250m米距離的類米距離的類似試驗(yàn)；似試驗(yàn)； 1899年年, 無線電報跨越英吉利海峽的試驗(yàn)成功；無線電報跨越英吉利海峽的試驗(yàn)成功；1901年，跨越大西洋的年，跨越大西洋的3200km距離的試驗(yàn)成功。距離的試驗(yàn)成功。馬可尼馬可尼以以其在無線電報等領(lǐng)域的成就，獲得了其在無線電報等領(lǐng)域的成就，獲得了1909年的諾貝爾物理學(xué)年的諾貝爾物理學(xué)獎。無線電報的發(fā)明，開始了利用電磁波時期。獎。無線電報的發(fā)明，開始了利用電磁波時期。有線電話有線電話: 1876年，美國年，美國A.G. 貝爾貝爾在美國建國在美國建國100周年博覽會上展示周年博覽會上展示了他所發(fā)明的有線電話。了他所發(fā)明的有線電話。 此

12、后，有線電話便迅速普及開來。此后，有線電話便迅速普及開來。緒緒 論論電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版10電視電視: : 1884年，德國年，德國尼普科夫尼普科夫提出機(jī)械掃描電視的設(shè)想；提出機(jī)械掃描電視的設(shè)想；1927年，英國年，英國貝爾德貝爾德成功地用電話線路把圖像從倫敦傳至大西洋成功地用電話線路把圖像從倫敦傳至大西洋中的船上；中的船上；茲沃霄金茲沃霄金在在1923和和1924 年相繼發(fā)明了攝像管和顯年相繼發(fā)明了攝像管和顯像管；像管；1931年，他組裝成世界上第一個全電子電視系統(tǒng)

13、。年，他組裝成世界上第一個全電子電視系統(tǒng)。廣播廣播: : 1906年，美國年，美國費(fèi)森登費(fèi)森登用用50kHz頻率發(fā)電機(jī)作發(fā)射機(jī)，用微頻率發(fā)電機(jī)作發(fā)射機(jī)，用微音器接入天線實(shí)現(xiàn)調(diào)制，使大西洋航船上的報務(wù)員聽到了他從音器接入天線實(shí)現(xiàn)調(diào)制，使大西洋航船上的報務(wù)員聽到了他從波士頓播出的音樂；波士頓播出的音樂；1919年，第一個定時播發(fā)語言和音樂的無年，第一個定時播發(fā)語言和音樂的無線電廣播電臺在英國建成；次年，在美國的匹茲堡城又建成一線電廣播電臺在英國建成；次年，在美國的匹茲堡城又建成一座無線電廣播電臺。座無線電廣播電臺。緒緒 論論電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社

14、高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版11雷達(dá)雷達(dá): : 第第二次世界大戰(zhàn)前夕，飛機(jī)成為主要進(jìn)攻武器。英、美、二次世界大戰(zhàn)前夕，飛機(jī)成為主要進(jìn)攻武器。英、美、德、法等國競相研制一類能夠早期警戒飛機(jī)的裝置。德、法等國競相研制一類能夠早期警戒飛機(jī)的裝置。1936年，年，英國的英國的瓦特瓦特設(shè)計的警戒雷達(dá)最先投入了運(yùn)行，有效地警戒了設(shè)計的警戒雷達(dá)最先投入了運(yùn)行，有效地警戒了來自德國的轟炸機(jī)。來自德國的轟炸機(jī)。1938年，美國研制成第一部能指揮火炮年，美國研制成第一部能指揮火炮射擊的火炮控制雷達(dá)。射擊的火炮控制雷達(dá)。1940年，多腔磁控管的發(fā)明，使微波年，多腔磁控管

15、的發(fā)明，使微波雷達(dá)的研制成為可能。雷達(dá)的研制成為可能。1944年，能夠自動跟蹤飛機(jī)的雷達(dá)研年，能夠自動跟蹤飛機(jī)的雷達(dá)研制成功。制成功。1945年，能消除背景干擾、顯示運(yùn)動目標(biāo)的顯示技年，能消除背景干擾、顯示運(yùn)動目標(biāo)的顯示技術(shù)的發(fā)明，使雷達(dá)更加完善。在整個第二次世界大戰(zhàn)期間，術(shù)的發(fā)明，使雷達(dá)更加完善。在整個第二次世界大戰(zhàn)期間，雷達(dá)成了電磁場理論最活躍的部分。雷達(dá)成了電磁場理論最活躍的部分。緒緒 論論電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版12衛(wèi)星通信技術(shù)衛(wèi)星通信技術(shù): 1958年，年， 美

16、國發(fā)射低軌道美國發(fā)射低軌道“斯科爾斯科爾”衛(wèi)星成功，這是第一顆衛(wèi)星成功，這是第一顆用于通信的試驗(yàn)衛(wèi)星。用于通信的試驗(yàn)衛(wèi)星。1964年，年，借助定點(diǎn)同步通信衛(wèi)星首次實(shí)借助定點(diǎn)同步通信衛(wèi)星首次實(shí)現(xiàn)了美、現(xiàn)了美、 歐、非三大洲的通信和電視轉(zhuǎn)播。歐、非三大洲的通信和電視轉(zhuǎn)播。1965年，第一顆商年，第一顆商用定點(diǎn)同步衛(wèi)星投入運(yùn)行。用定點(diǎn)同步衛(wèi)星投入運(yùn)行。1969年，大西洋、太平洋和印度洋年，大西洋、太平洋和印度洋上空均已有定點(diǎn)同步通信衛(wèi)星。衛(wèi)星地球站已遍布世界各國，上空均已有定點(diǎn)同步通信衛(wèi)星。衛(wèi)星地球站已遍布世界各國，這些衛(wèi)星地球站又和本國或本地區(qū)的通信網(wǎng)接通。衛(wèi)星通信經(jīng)這些衛(wèi)星地球站又和本國或本地區(qū)

17、的通信網(wǎng)接通。衛(wèi)星通信經(jīng)歷歷10年的發(fā)展，終趨于成熟。年的發(fā)展，終趨于成熟。緒緒 論論電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版13衛(wèi)星定位技術(shù)衛(wèi)星定位技術(shù): : 1957年衛(wèi)星發(fā)射成功后，人們試圖將雷達(dá)引入衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)年衛(wèi)星發(fā)射成功后，人們試圖將雷達(dá)引入衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)以衛(wèi)星為基地對地球表面及近地空間目標(biāo)的定位和導(dǎo)航。以衛(wèi)星為基地對地球表面及近地空間目標(biāo)的定位和導(dǎo)航。1958年底，美國開始研究實(shí)施這一計劃，于年底，美國開始研究實(shí)施這一計劃，于1964年研究成功子午儀年研究成功子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

18、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。1973年美國提出了由年美國提出了由24顆衛(wèi)星組成的實(shí)用系統(tǒng)顆衛(wèi)星組成的實(shí)用系統(tǒng)新方案，即新方案，即GPS計劃。計劃。1990年最終的年最終的GPS方案是由方案是由21顆工作衛(wèi)顆工作衛(wèi)星和星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成。顆在軌備用衛(wèi)星組成。緒緒 論論電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版14其他應(yīng)用其他應(yīng)用： 陰極射線示波器，噴墨打印機(jī)，礦物的分選，磁陰極射線示波器，噴墨打印機(jī)，礦物的分選，磁分離器，回旋加速器，磁流體發(fā)電機(jī)，電磁泵，磁懸浮分離器，回旋加速器，磁流體發(fā)電機(jī)，電磁

19、泵，磁懸浮列車，變壓器，電磁爐，電磁式生物芯片，隱形飛機(jī)，列車，變壓器，電磁爐，電磁式生物芯片，隱形飛機(jī)，電磁高速公路等等電磁高速公路等等緒緒 論論電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版151.1.矢量分析矢量分析2.2.電磁場的基本規(guī)律電磁場的基本規(guī)律3.3.靜態(tài)電磁場及其邊值問題的解靜態(tài)電磁場及其邊值問題的解4.4.時變電磁場時變電磁場5.5.均勻平面波在無界空間中的傳播均勻平面波在無界空間中的傳播6.6.均勻平面波的反射和透射均勻平面波的反射和透射7.7.導(dǎo)行電磁波導(dǎo)行電磁波8.

20、8.電磁輻射電磁輻射 四、內(nèi)容安排四、內(nèi)容安排根據(jù)紙質(zhì)主教材，本教案也分八章根據(jù)紙質(zhì)主教材，本教案也分八章緒緒 論論電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版16五、學(xué)習(xí)的目的、方法及其要求五、學(xué)習(xí)的目的、方法及其要求掌握宏觀電磁場的基本屬性和運(yùn)動規(guī)律掌握宏觀電磁場的基本屬性和運(yùn)動規(guī)律掌握宏觀電磁波的傳播規(guī)律掌握宏觀電磁波的傳播規(guī)律了解電磁波的輻射原理了解電磁波的輻射原理掌握靜態(tài)場問題的基本求解方法掌握靜態(tài)場問題的基本求解方法訓(xùn)練分析問題、歸納問題的科學(xué)方法訓(xùn)練分析問題、歸納問題的科學(xué)方法培養(yǎng)用數(shù)學(xué)方法解決實(shí)際問題的能力培養(yǎng)用數(shù)學(xué)方法解決實(shí)際問題的能力獨(dú)立完成作業(yè)獨(dú)立完成作業(yè)緒緒 論論電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版17六、主要參考書六、主要參考書【1】 謝處方，饒克謹(jǐn)謝處方，饒克謹(jǐn). 電磁場與電磁波（第電磁場與電磁波（第3版）版）. 北京：高等教育出版社，北京：高等教育出版社，1999【2】 Liang Chi Shen, Jin Au Kong .