電磁學(xué)簡(jiǎn)史精品課件

1、第1頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期五約公元前300年 歐幾里德用“光學(xué)”(optics)這個(gè)詞來(lái)表示視覺(jué)和景觀。1660年 居里克建造第一臺(tái)電機(jī)。這是一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦發(fā)電機(jī)。 第2頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期五1664年 胡克在Micrographia中提出光的波動(dòng)理論。他把光看作是在介質(zhì)中縱向振動(dòng)的高速線(xiàn)性傳播。單獨(dú)的波包在介質(zhì)中呈球形展開(kāi)。1665年 格里馬耳迪的 Prysico-mathesis de lumine coloribus et iride 中描述了光的衍射實(shí)驗(yàn)，并表述了他的光波動(dòng)理論。第3頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6

2、點(diǎn)46分，星期五1704年 牛頓的光學(xué)研究在他的光學(xué)中達(dá)到頂峰。在該書(shū)中牛頓用他自己的微粒理論來(lái)描述光。1690年 惠更斯在光的性質(zhì) 中首次給出光速的數(shù)值， 2.3 x 108 m/s。第4頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期五1728 英國(guó)天文學(xué)家布拉德利發(fā)現(xiàn)光偏移現(xiàn)象，證明光速有限的早期發(fā)現(xiàn)是正確的。1733 法國(guó)物理學(xué)家杜費(fèi)伊發(fā)現(xiàn)電荷有兩種，同性互斥，異性相吸。第5頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期五1745 克萊斯特(Kleist) 發(fā)明用于儲(chǔ)存電 荷的萊頓瓶(Leyden jar)。1746 沃森提出電荷守恒。1747 富蘭克林提出用具有兩種帶電

3、狀態(tài)的單一流體來(lái)描述電流。他認(rèn)為物質(zhì)都多少具有電流，并獨(dú)立提出電荷守恒，引入正負(fù)電荷的概念。第6頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期五1772 卡文迪什(Henry Cavendish) 發(fā)表“嘗試用彈性流體方法解釋電的某些基本現(xiàn)象”。1777 庫(kù)侖(Charles Augustin de Coulomb) 發(fā)現(xiàn)庫(kù)侖定律，為電和磁的研究開(kāi)辟了新方向。第7頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期五1800 伏打(Alessandro Guiseppe Antonio Anastasio Volta)發(fā)明“伏打電池”，世界上第一個(gè)電池。電壓?jiǎn)挝籚olt以他的名字命名

4、。1807 戴維的演講“關(guān)于電的某些化學(xué)作用”將電性與化學(xué)的關(guān)系拉近。第8頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期五1812 泊松提出宏觀電荷中性是物質(zhì)的自然狀態(tài)的概念，并描述充電作為兩種電荷分離的手段。他也指出勢(shì)能函數(shù)在電學(xué)系統(tǒng)的潛在用途。1814 菲涅爾獨(dú)立發(fā)現(xiàn)光的干涉現(xiàn)象，并按照波動(dòng)理論解釋它的存在原因。第9頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期五1820年6月21日 奧斯特在一次課堂演示實(shí)驗(yàn)后注意到電流引起的磁針偏轉(zhuǎn)。隨后奧斯特證明這個(gè)效應(yīng)具有反比關(guān)系。這個(gè)工作啟動(dòng)了電學(xué)和磁學(xué)的統(tǒng)一進(jìn)程。1820年6月27日 安培證實(shí)了奧斯特的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并向法國(guó)科學(xué)院提交

5、了更多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。他按照分子電流提出了磁性模型。他的陳述開(kāi)創(chuàng)了獨(dú)立于靜電學(xué)的電動(dòng)力學(xué)。第10頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期五1820年秋季 畢奧和沙伐 推導(dǎo)出一小段載電導(dǎo)線(xiàn)產(chǎn)生的磁效應(yīng)公式，即畢奧沙伐 定律。1827 歐姆(Georg Simon Ohm) 用公式表明電流與電動(dòng)力和電阻之間的關(guān)系，即歐姆定律。第11頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期五1831 法拉第(Michael Faraday) 開(kāi)始研究電磁學(xué)。后發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象(磁產(chǎn)生電)1833 高斯分別提出電靜力學(xué)和電動(dòng)力學(xué)定律的公式，其中包括“高斯定律” (庫(kù)侖定律的推廣形式) 。所有這

6、些工作直到1867年才發(fā)表。第12頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期五1834年 楞次發(fā)現(xiàn)楞次定律。18451848年 基爾霍夫建立了穩(wěn)恒電路的兩條定律,稱(chēng)為基爾霍夫第一定律和第二定律,為分支電路的運(yùn)算奠定了基礎(chǔ)。1852 斯托克斯(George Gabriel Stokes) 命名并解釋了熒光現(xiàn)象。第13頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期五18551868 麥克斯韋完成科學(xué)巨著電磁通論，預(yù)示了宏觀電磁理論大廈的建成。理論揭示了電磁波的傳播速率和光速之間的聯(lián)系，建立了光的電磁理論，使得光學(xué)和電磁學(xué)得以統(tǒng)一。麥克斯韋 (James Clerk Maxwel

7、l, 1831-79，英國(guó))創(chuàng)立電磁場(chǎng)理論，對(duì)氣體分子運(yùn)動(dòng)論有很大貢獻(xiàn)。引入“麥克斯韋妖(daemon)”來(lái)解釋統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)(1871)，提出氣體分子速率分布定律(1872)。 第14頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期五1875 洛倫茲(Heinrich Antoon Lorentz)在他的博士論文中，用麥克斯韋的理論推導(dǎo)出光的反射和折射定律。1888年 赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)電磁波存在。第15頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期五18851887 亥維賽(Oliver Heaviside) 用兩年時(shí)間寫(xiě)作電磁感應(yīng)及其傳播。他用三個(gè)(復(fù))矢量形式重新表達(dá)了麥克斯韋的

8、結(jié)果，得到該理論的現(xiàn)代形式Maxwell方程組。在這個(gè)過(guò)程中，他發(fā)明了場(chǎng)論的近代微積分表示法，包括梯度、散度和旋度。Maxwell方程組的現(xiàn)代形式(微分形式)第16頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期五麥克斯韋電磁理論的重大意義：Maxwell方程組是宏觀電磁現(xiàn)象的總規(guī)律，所有之前總結(jié)出來(lái)的實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)定律，如電荷守恒定律，庫(kù)侖定律，安培定律，法拉第電磁感應(yīng)定律，楞次定律，畢奧沙伐定律，在引入了“場(chǎng)”的物理概念后，經(jīng)過(guò)了高度的數(shù)學(xué)抽象和綜合，最后歸結(jié)為Maxwell方程組。麥克斯韋的電磁理論不僅在理論上是物理科學(xué)的重大突破和完美綜合，而且從技術(shù)上產(chǎn)生出驚人結(jié)果。 一方面通過(guò)

9、電工學(xué)使整個(gè)文明社會(huì)步入電氣時(shí)代，使工業(yè)自動(dòng)化成為可能； 另一方面，通過(guò)電磁波的預(yù)言和發(fā)現(xiàn)，直接把人類(lèi)引導(dǎo)到無(wú)線(xiàn)電世紀(jì)，而這構(gòu)成了信息與傳媒社會(huì)的必不可少的物質(zhì)基礎(chǔ)。第17頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期五教材內(nèi)容的簡(jiǎn)單概括第一章：矢量分析 （數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、場(chǎng)論的基本知識(shí)：什么是矢量、什么是標(biāo)量、什么是場(chǎng)、三度（散度、梯度、旋度）是什么）第二章：電磁場(chǎng)中的基本物理量和基本實(shí)驗(yàn)定律（E、H、D、B、J、等電磁學(xué)基本概念和數(shù)學(xué)表示； 庫(kù)侖定律、安培定律等實(shí)驗(yàn)定律的老調(diào)重談）第18頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期五第三章：靜電場(chǎng)分析 （如何從實(shí)驗(yàn)定律經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)演

10、繹得到靜電場(chǎng)下的基本公式D及E0； 并由這2個(gè)基本公式導(dǎo)出泊松方程=-/以及拉普拉斯方程=0）第四章：靜電場(chǎng)邊值問(wèn)題的解法 （如何從上面的泊松方程和拉普拉斯方程出發(fā)解題。 本章的方法也可用于靜磁場(chǎng)下的問(wèn)題求解以及時(shí)變電磁場(chǎng)下的問(wèn)題求解）第19頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期五第五章：靜磁場(chǎng)分析 （如何從實(shí)驗(yàn)定律經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)演繹得到靜磁場(chǎng)下的基本公式B0及HJ）第六章：時(shí)變電磁場(chǎng) （第三章和第五章的綜合與發(fā)展：時(shí)變情況下，電場(chǎng)與磁場(chǎng)不再相互獨(dú)立，四個(gè)基本公式需要修正）第七章：正弦平面電磁波 （Maxwell方程組的一個(gè)初步應(yīng)用，電磁波的基本概念）第20頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，

11、5月20日，6點(diǎn)46分，星期五第八章：導(dǎo)行電磁波 （微波傳輸線(xiàn)基礎(chǔ)，不講，在后續(xù)課程微波技術(shù)與天線(xiàn)中講授）第九章：電磁波輻射 （天線(xiàn)理論基礎(chǔ)，不講， 在后續(xù)課程微波技術(shù)與天線(xiàn)中講授） 第21頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期五參考書(shū)（見(jiàn)教學(xué)光盤(pán)）BSGuru ,電磁場(chǎng)與電磁波中譯本，機(jī)械工業(yè)出版社。RPFeymann,費(fèi)曼物理學(xué)講義中譯本，第二卷，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社。麻省理工學(xué)院電磁學(xué)教材，英文版第22頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期五必須的數(shù)學(xué)工具矢量分析(以后進(jìn)一步學(xué)習(xí)的話(huà)還需要張量分析)多變量微積分(偏微分、重積分)、場(chǎng)論數(shù)學(xué)物理方程(偏微分方程)、特殊函數(shù)復(fù)變函數(shù)第23頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期五科學(xué)計(jì)算軟件Mathematica5.0美國(guó)Wolfram Research 公司研究開(kāi)發(fā)的一個(gè)功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)系統(tǒng)。它提供了范圍廣泛的數(shù)學(xué)計(jì)算功能，支持在各個(gè)領(lǐng)域工作的人們所需要的各種計(jì)算。具有強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算和作圖功能。易學(xué)易用。第24頁(yè)，共27頁(yè)，20