電磁場(chǎng)與波課件：緒論

1、電磁場(chǎng)與波緒 論2022/7/1220.1 課程的性質(zhì)0.2 電磁場(chǎng)理論的發(fā)展0.3 電磁場(chǎng)理論的應(yīng)用0.4 內(nèi)容安排0.5 學(xué)習(xí)的目的、方法及其要求0.6 成績(jī)?cè)u(píng)定0.7 主要參考書(shū)0.1 課程的性質(zhì)2022/7/123電磁場(chǎng)（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電磁波作為信息傳輸?shù)妮d體，成為當(dāng)今人類(lèi)社會(huì)發(fā)布和獲取信息、探測(cè)未知世界的重要手段電類(lèi)專業(yè)學(xué)生必修的技術(shù)基礎(chǔ)課電氣工程師必備知識(shí)電磁理論的重要組成部分0.2 電磁場(chǎng)理論的發(fā)展2022/7/1241電磁場(chǎng)理論的早期研究 電、磁現(xiàn)象是大自然最重要的往來(lái)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)最大的有來(lái)頓、富蘭

2、克林、伏打等科學(xué)家。 19世紀(jì)以前，電、磁現(xiàn)象作為兩個(gè)獨(dú)立的物理現(xiàn)象，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)它們之間的相互聯(lián)系。但是由于這些研究特別是伏打1799年發(fā)明了電池），為電磁學(xué)理論的建立奠定了基礎(chǔ)。0.2 電磁場(chǎng)理論的發(fā)展2022/7/1252電磁場(chǎng)理論的建立 18世紀(jì)末期，德國(guó)哲學(xué)家謝林認(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；電、磁、光、熱是相互聯(lián)系的。 奧斯特 是謝林的信徒，他從1807年開(kāi)始研究電磁之間的關(guān)系。1820年，他發(fā)現(xiàn)電流以力作用于磁針。 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。0.2 電磁場(chǎng)理論的發(fā)展2

3、022/7/126 法拉第 敏銳地意識(shí)到，電可以對(duì)磁產(chǎn)生作用，磁也一定能夠?qū)﹄姰a(chǎn)生影響。1821年他開(kāi)始探索磁生電的實(shí)驗(yàn)。1831年他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)磁捧插入導(dǎo)體線圈時(shí)；線圈中就產(chǎn)生電流。這表明，電與磁之間存在著密切的聯(lián)系。 麥克斯韋 深入研究并探討了電與磁之間發(fā)生作用的問(wèn)題，發(fā)展了場(chǎng)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(gè)概念的核心思想是：變化著的電場(chǎng)能產(chǎn)生磁場(chǎng)；與變化著的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)相對(duì)應(yīng)。在此基礎(chǔ)上提出了一套偏微分方程來(lái)表達(dá)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。0.2 電磁場(chǎng)理論的發(fā)展2022/7/127 3電磁場(chǎng)理論的發(fā)展 在麥

4、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)展，電磁理論得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，尤其近三十年來(lái)，無(wú)線電電子學(xué)、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，生物電磁學(xué)、環(huán)境電磁學(xué)和電磁兼容等學(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。0.3 電磁場(chǎng)理論的應(yīng)用2022/7/128 1887年，德國(guó)科學(xué)家赫茲用火花隙激勵(lì)一個(gè)環(huán)狀天線，用另一個(gè)帶隙的環(huán)狀天線接收，證實(shí)了麥克斯韋關(guān)于電磁波存在的預(yù)言，這一重要的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致了后來(lái)無(wú)線電報(bào)的發(fā)明。從此開(kāi)始了電磁場(chǎng)理論應(yīng)用與發(fā)展時(shí)代，并且發(fā)展成為當(dāng)代最引人注目的學(xué)科之一。0.3 電磁場(chǎng)理論的應(yīng)用2022/7/129無(wú)線電報(bào): 1895年，意大

5、利馬可尼成功地進(jìn)行了2.5公里距離的無(wú)線電報(bào)傳送實(shí)驗(yàn)。1896年，波波夫進(jìn)行了約250米距離的類(lèi)似試驗(yàn), 1899年, 無(wú)線電報(bào)跨越英吉利海峽的試驗(yàn)成功；1901年，跨越大西洋的3200公里距離的試驗(yàn)成功。馬可尼以其在無(wú)線電報(bào)等領(lǐng)域的成就，獲得了1909年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。無(wú)線電報(bào)的發(fā)明，開(kāi)始了利用電磁波時(shí)期。有線電話: 1876年，美國(guó)A.G. 貝爾在美國(guó)建國(guó)100周年博覽會(huì)上展示了他所發(fā)明的有線電話。 此后，有線電話便迅速普及開(kāi)來(lái)。0.3 電磁場(chǎng)理論的應(yīng)用2022/7/1210 電視: 1884年，德國(guó)尼普科夫提出機(jī)械掃描電視的設(shè)想，1927年，英國(guó)貝爾德成功地用電話線路把圖像從倫敦傳至大

6、西洋中的船上。茲沃霄金在1923和1924 年相繼發(fā)明了攝像管和顯像管。1931年，他組裝成世界上第一個(gè)全電子電視系統(tǒng)。 廣播: 1906年，美國(guó)費(fèi)森登用50千赫頻率發(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(bào)務(wù)員聽(tīng)到了他從波士頓播出的音樂(lè)。1919年，第一個(gè)定時(shí)播發(fā)語(yǔ)言和音樂(lè)的無(wú)線電廣播電臺(tái)在英國(guó)建成。次年，在美國(guó)的匹茲堡城又建成一座無(wú)線電廣播電臺(tái)。0.3 電磁場(chǎng)理論的應(yīng)用2022/7/1211雷達(dá) 0.3 電磁場(chǎng)理論的應(yīng)用2022/7/1212電磁炮 0.3 電磁場(chǎng)理論的應(yīng)用2022/7/1213其它應(yīng)用： 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

7、流體發(fā)電機(jī)， 電磁泵，磁懸浮列車(chē)，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0.4 內(nèi)容安排2022/7/1214矢量分析電磁場(chǎng)的基本規(guī)律靜態(tài)電磁場(chǎng)及其邊值問(wèn)題的解 時(shí)變電磁場(chǎng)均勻平面波在無(wú)界空間中的傳播 均勻平面波的反射和透射 導(dǎo)行電磁波 電磁輻射 0.5 學(xué)習(xí)的目的、方法及其要求2022/7/1215掌握宏觀電磁場(chǎng)的基本屬性和運(yùn)動(dòng)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掌握靜態(tài)場(chǎng)問(wèn)題的基本求解方法訓(xùn)練分析問(wèn)題、歸納問(wèn)題的科學(xué)方法培養(yǎng)用數(shù)學(xué)方法解決實(shí)際問(wèn)題的能力獨(dú)立完成作業(yè)0.6 成績(jī)?cè)u(píng)定2022/7/1216學(xué)時(shí)：68（課堂：62，實(shí)驗(yàn)：6）成績(jī)構(gòu)成(暫定)： 平

8、時(shí)10% 實(shí)驗(yàn)10%中期考試10% 期末考試70%0.7 主要參考書(shū)2022/7/12171. 謝處方，電磁場(chǎng)與電磁波（第三版），高等教育出版社，19992. Liang Chi Shen, Jin Au Kong ， Applied Electromagnetism. Second Edition ， PWS Publishing Company, 19873. John D. Kraus, Daniel A. Fleisch.，Electromagnetics With Applications. Fifth Edition（影印版），北京：清華大學(xué)出版社，20015. William H. Hayt, Jr. John A. Buck 著. 徐安士, 周樂(lè)柱譯. 工程電磁學(xué)（第六版）. 北京：電子工業(yè)出版社，20046. Bhag Singh Guru, Hseyin R. Hiziroglu 著. 周克定等譯. 電磁場(chǎng)與電磁波. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，20027. 楊儒貴. 電磁場(chǎng)與電磁波. 北京：高等教育出版社