第三講 電磁場(chǎng)及其應(yīng)用

1、場(chǎng)和波場(chǎng)和波2022-5-30場(chǎng)和波場(chǎng)和波2022-5-303. 電磁學(xué)應(yīng)用電磁學(xué)應(yīng)用1. 電磁波的發(fā)現(xiàn)電磁波的發(fā)現(xiàn)2. 電磁波電磁波場(chǎng)和波場(chǎng)和波2022-5-30赫茲（赫茲（1857-1894）H.R.Hertz德國(guó)物理學(xué)家德國(guó)物理學(xué)家基爾霍夫和亥姆霍茲的學(xué)生基爾霍夫和亥姆霍茲的學(xué)生1880年獲博士學(xué)位年獲博士學(xué)位1885年發(fā)現(xiàn)電磁波年發(fā)現(xiàn)電磁波 在麥克斯韋逝世在麥克斯韋逝世9 9年后的年后的18881888年，赫茲通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電年，赫茲通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在。這樣由法拉第開(kāi)創(chuàng)，磁波的存在。這樣由法拉第開(kāi)創(chuàng)，麥克斯韋建立，赫茲驗(yàn)證的電磁麥克斯韋建立，赫茲驗(yàn)證的電磁場(chǎng)理論向全世界宣告了它

2、的勝利。場(chǎng)理論向全世界宣告了它的勝利。 后人為了紀(jì)念他，把頻率后人為了紀(jì)念他，把頻率的單位定為赫茲。的單位定為赫茲。1.1. 電磁波的發(fā)現(xiàn)電磁波的發(fā)現(xiàn)場(chǎng)和波場(chǎng)和波2022-5-30插曲：插曲：在此七年前，一位叫戴維的人也接收到了電磁波信號(hào)，他隨即向英在此七年前，一位叫戴維的人也接收到了電磁波信號(hào)，他隨即向英國(guó)皇家協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)斯托克斯匯報(bào)，但斯托克斯認(rèn)為這只是普通的電磁感應(yīng)現(xiàn)象國(guó)皇家協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)斯托克斯匯報(bào)，但斯托克斯認(rèn)為這只是普通的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，戴維過(guò)于迷信權(quán)威，對(duì)于這一天賜良機(jī)未與重視，使發(fā)現(xiàn)被埋沒(méi)了。，戴維過(guò)于迷信權(quán)威，對(duì)于這一天賜良機(jī)未與重視，使發(fā)現(xiàn)被埋沒(méi)了。 場(chǎng)和波場(chǎng)和波2022-5-30 1

3、8781878年夏，柏林大學(xué)物理學(xué)教授亥姆霍茲提出：用實(shí)驗(yàn)方年夏，柏林大學(xué)物理學(xué)教授亥姆霍茲提出：用實(shí)驗(yàn)方法來(lái)驗(yàn)證麥克斯韋理論的正確性。法來(lái)驗(yàn)證麥克斯韋理論的正確性。18861886年年1010月，赫茲在做一個(gè)月，赫茲在做一個(gè)放電實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，偶然發(fā)現(xiàn)近旁一個(gè)線圈中也發(fā)出火花。放電實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，偶然發(fā)現(xiàn)近旁一個(gè)線圈中也發(fā)出火花。赫茲實(shí)驗(yàn)赫茲實(shí)驗(yàn)場(chǎng)和波場(chǎng)和波2022-5-30 赫茲實(shí)驗(yàn)裝置：將兩個(gè)用空氣隙隔開(kāi)的金屬小球接上高壓赫茲實(shí)驗(yàn)裝置：將兩個(gè)用空氣隙隔開(kāi)的金屬小球接上高壓交流電，使電荷交替地涌入兩個(gè)小球，當(dāng)兩個(gè)小球電勢(shì)差最大交流電，使電荷交替地涌入兩個(gè)小球，當(dāng)兩個(gè)小球電勢(shì)差最大時(shí)，就有電火花跳過(guò)

4、空氣隙。另用一根導(dǎo)線彎成環(huán)形，線的兩時(shí)，就有電火花跳過(guò)空氣隙。另用一根導(dǎo)線彎成環(huán)形，線的兩端之間也有空氣隙，做成了一個(gè)能探測(cè)電磁波的檢波線圈。端之間也有空氣隙，做成了一個(gè)能探測(cè)電磁波的檢波線圈。 結(jié)論：電流的能量能跨越空間，從發(fā)生器送到接收器。結(jié)論：電流的能量能跨越空間，從發(fā)生器送到接收器。場(chǎng)和波場(chǎng)和波2022-5-30 無(wú)線電報(bào)無(wú)線電報(bào)(1901(1901年年) ) 廣播廣播(1906(1906年年) ) 電話電話(1916(1916年年) ) 傳真?zhèn)髡?1923(1923年年) ) 電視電視(1929(1929年年) ) 微波微波(1933(1933年年) ) 雷達(dá)雷達(dá)(1935(1935

5、年年) ) 衛(wèi)星通訊衛(wèi)星通訊 電子計(jì)算機(jī)因特網(wǎng)電子計(jì)算機(jī)因特網(wǎng)電磁波的技術(shù)成果電磁波的技術(shù)成果場(chǎng)和波場(chǎng)和波2022-5-30 電電磁波是能量的一磁波是能量的一種種，凡是能，凡是能夠釋放出夠釋放出能量的物能量的物體體，都，都會(huì)會(huì)放射放射出出電電磁波。磁波。 電與磁電與磁是一是一體兩體兩面，面，變化的電激發(fā)出磁，變化的磁則會(huì)產(chǎn)變化的電激發(fā)出磁，變化的磁則會(huì)產(chǎn)生生電電。電磁的變化電磁的變化就如同微就如同微風(fēng)輕拂風(fēng)輕拂水面水面產(chǎn)產(chǎn)生水波一般，因此被生水波一般，因此被成為電磁波。成為電磁波。每秒每秒變化的次數(shù)變化的次數(shù)便是便是頻率頻率。 電電磁波磁波頻率頻率低低時(shí)時(shí)，主要藉有形的，主要藉有形的導(dǎo)電體導(dǎo)電

6、體才能才能傳遞傳遞；頻率漸頻率漸提高提高時(shí)時(shí)，電磁波電磁波就就會(huì)會(huì)外溢到外溢到導(dǎo)體導(dǎo)體之外，不需要介之外，不需要介質(zhì)質(zhì)也能向外也能向外傳傳遞能量遞能量，這這就是一就是一種輻種輻射。射。真空中電磁波的傳播速度：真空中電磁波的傳播速度：299792458 m/sc 2.2. 電磁波電磁波場(chǎng)和波場(chǎng)和波2022-5-30場(chǎng)和波場(chǎng)和波2022-5-30無(wú)線電波無(wú)線電波波長(zhǎng)最長(zhǎng)的電磁波，波長(zhǎng)從幾千米到幾毫米。波長(zhǎng)最長(zhǎng)的電磁波，波長(zhǎng)從幾千米到幾毫米。廣播電臺(tái)：廣播電臺(tái)：中波中波 （5355351605 kHz1605 kHz），短波（），短波（2 224 MHz24 MHz）；）；亞太地區(qū)衛(wèi)星廣播（亞太地區(qū)

7、衛(wèi)星廣播（11.7-12.2kMHz11.7-12.2kMHz）；）；調(diào)頻廣播（調(diào)頻廣播（8888108 MHz108 MHz）場(chǎng)和波場(chǎng)和波2022-5-30FM 107.7 Music RadioFM 107.7 Music Radio（中央電臺(tái)音樂(lè)之聲第三套）（中央電臺(tái)音樂(lè)之聲第三套）FM 106.7 FM 106.7 青浦電臺(tái)（郊區(qū)電臺(tái)）青浦電臺(tái)（郊區(qū)電臺(tái)）FM 106.5 FM 106.5 浦東電臺(tái)（郊區(qū)電臺(tái)）浦東電臺(tái)（郊區(qū)電臺(tái)）FM 105.7 FM 105.7 上海電臺(tái)交通頻率（上海電臺(tái)交通頻率（AM648AM648）FM 105.1 FM 105.1 金山電臺(tái)（郊區(qū)電臺(tái)）金山電臺(tái)

8、（郊區(qū)電臺(tái)）FM 104.5 FM 104.5 東廣新聞臺(tái)（東方廣播電臺(tái)）東廣新聞臺(tái)（東方廣播電臺(tái)） （AM1296AM1296）FM 103.7 Love RadioFM 103.7 Love Radio（東方電臺(tái)流行音樂(lè)頻率）（東方電臺(tái)流行音樂(lè)頻率）FM 102.7 FM 102.7 閔行電臺(tái)（郊區(qū)電臺(tái)）閔行電臺(tái)（郊區(qū)電臺(tái)）FM 101.7 FM 101.7 動(dòng)感動(dòng)感101101（東方電臺(tái)流行音樂(lè)頻率）（東方電臺(tái)流行音樂(lè)頻率）FM 100.9 FM 100.9 松江電臺(tái)（郊區(qū)電臺(tái)）松江電臺(tái)（郊區(qū)電臺(tái)）FM 100.3 FM 100.3 南匯電臺(tái)（郊區(qū)電臺(tái)）南匯電臺(tái)（郊區(qū)電臺(tái)）FM 99.6

9、 FM 99.6 浙江電臺(tái)文藝頻率浙江電臺(tái)文藝頻率 可聽(tīng)級(jí)可聽(tīng)級(jí) FM 99.0 FM 99.0 中央電臺(tái)中國(guó)之聲（第一套）（中央電臺(tái)中國(guó)之聲（第一套）（AM540AM540）FM 98.1 FM 98.1 東方明珠移動(dòng)電視東方明珠移動(dòng)電視MMTVMMTV（電視伴音）（電視伴音）FM 97.7 FM 97.7 第一財(cái)經(jīng)廣播頻率（東方電臺(tái)財(cái)經(jīng)頻率）（第一財(cái)經(jīng)廣播頻率（東方電臺(tái)財(cái)經(jīng)頻率）（AM1422AM1422）上海地區(qū)調(diào)頻電臺(tái)頻率（上海地區(qū)調(diào)頻電臺(tái)頻率（MHzMHz）場(chǎng)和波場(chǎng)和波2022-5-30FM 97.4 FM 97.4 浙江電臺(tái)新聞綜合頻率浙江電臺(tái)新聞綜合頻率 可聽(tīng)級(jí)可聽(tīng)級(jí) （AM81

10、0AM810）FM 96.8 FM 96.8 開(kāi)心調(diào)頻（上海電臺(tái)文藝頻率）開(kāi)心調(diào)頻（上海電臺(tái)文藝頻率）FM 96.2 FM 96.2 寶山電臺(tái)（郊區(qū)電臺(tái)）寶山電臺(tái)（郊區(qū)電臺(tái)）FM 95.9 FM 95.9 奉賢電臺(tái)（郊區(qū)電臺(tái)）奉賢電臺(tái)（郊區(qū)電臺(tái)）FM 95.3 FM 95.3 江蘇電臺(tái)頻率江蘇電臺(tái)頻率FM 94.7 FM 94.7 經(jīng)典經(jīng)典947947（東方電臺(tái)經(jīng)典音樂(lè)頻率）（東方電臺(tái)經(jīng)典音樂(lè)頻率）FM 94.0 FM 94.0 上海五星體育廣播上海五星體育廣播FM 93.4 990FM 93.4 990新聞?lì)l率（上海人民廣播電臺(tái)）（新聞?lì)l率（上海人民廣播電臺(tái)）（AM990AM990）FM 9

11、2.4 FM 92.4 海上戲?。ㄉ虾ｋ娕_(tái)戲劇頻率）（海上戲劇（上海電臺(tái)戲劇頻率）（AM1197AM1197）FM 91.4 FM 91.4 中央電臺(tái)經(jīng)濟(jì)之聲（去年中央電臺(tái)經(jīng)濟(jì)之聲（去年1212月底開(kāi)始在上海轉(zhuǎn)播）（月底開(kāi)始在上海轉(zhuǎn)播）（AM855AM855）FM 89.9 FM 89.9 都市都市792792（東方電臺(tái)都市頻率）（東方電臺(tái)都市頻率）（AM792AM792）FM 88.9 FM 88.9 常熟電臺(tái)常熟電臺(tái) 可聽(tīng)級(jí)可聽(tīng)級(jí) FM 87.9 FM 87.9 中國(guó)國(guó)際廣播電臺(tái)輕松調(diào)頻（中國(guó)國(guó)際廣播電臺(tái)輕松調(diào)頻（CRI Easy FMCRI Easy FM） 場(chǎng)和波場(chǎng)和波2022-5-3

12、0微波微波 微波微波是頻率在是頻率在300300兆赫到兆赫到300300千兆赫的電磁波（波千兆赫的電磁波（波長(zhǎng)長(zhǎng)1 1米米1 1毫米）毫米）, ,通常用于電視、廣播、通訊技術(shù)中。通常用于電視、廣播、通訊技術(shù)中。 把微波作為一種能源，又拓展了一個(gè)分支技術(shù)，在工農(nóng)業(yè)把微波作為一種能源，又拓展了一個(gè)分支技術(shù)，在工農(nóng)業(yè)上可進(jìn)行加熱、干燥、殺菌；在化學(xué)工業(yè)中進(jìn)行催化、萃取等上可進(jìn)行加熱、干燥、殺菌；在化學(xué)工業(yè)中進(jìn)行催化、萃取等化學(xué)反應(yīng)和激發(fā)等離子體；等等化學(xué)反應(yīng)和激發(fā)等離子體；等等場(chǎng)和波場(chǎng)和波2022-5-30 藍(lán)牙技術(shù)在全球通用的2.4GHz ISM（工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段，藍(lán)牙的數(shù)據(jù)速率為1Mb/s

13、。從理論上來(lái)講，以2.45GHz ISM波段運(yùn)行的技術(shù)能夠使相距30m以內(nèi)的設(shè)備互相連接，傳輸速率可達(dá)到2Mb/s，但實(shí)際上很難達(dá)到。應(yīng)用了藍(lán)牙技術(shù)“plonk and play”的概念，有點(diǎn)類似“即插即用”的概念，任意藍(lán)牙技術(shù)設(shè)備一旦搜尋到另一個(gè)藍(lán)牙技術(shù)設(shè)備，馬上就可以建立聯(lián)系，而無(wú)須用戶進(jìn)行任何設(shè)置，可以解釋成“即連即用”。這在無(wú)線電環(huán)境非常嘈雜的環(huán)境下，它的優(yōu)勢(shì)就更加明顯了。藍(lán)牙技術(shù)的另一大優(yōu)勢(shì)是它應(yīng)用了全球統(tǒng)一的頻率設(shè)定，這就消除了“國(guó)界”的障礙。 場(chǎng)和波場(chǎng)和波2022-5-30 ISM頻段是對(duì)所有無(wú)線電系統(tǒng)都開(kāi)放的頻段，因此使用其中的某個(gè)頻段都會(huì)遇到不可預(yù)測(cè)的干擾源。例如某些家電、無(wú)

14、繩電話、汽車房開(kāi)門(mén)器、微波爐等，都可能是干擾。為此，藍(lán)牙技術(shù)特別設(shè)計(jì)了快速確認(rèn)和跳頻方案以確保鏈路穩(wěn)定。跳頻技術(shù)是把頻帶分成若干個(gè)跳頻信道（hop channel），在一次連接中，無(wú)線電收發(fā)器按一定的碼序列不斷地從一個(gè)信道跳到另一個(gè)信道，只有收發(fā)雙方是按這個(gè)規(guī)律進(jìn)行通信的，而其它的干擾不可能按同樣的規(guī)律進(jìn)行干擾；跳頻的瞬時(shí)帶寬是很窄的，但通過(guò)擴(kuò)展頻譜技術(shù)使這個(gè)窄帶或成倍地?cái)U(kuò)展成寬頻帶，使干擾可能的影響變成很小。與其它工作在相同頻段的系統(tǒng)相比，藍(lán)牙跳頻更快，數(shù)據(jù)包更短，這使藍(lán)牙技術(shù)比其它系統(tǒng)都更穩(wěn)定。海蒂.拉瑪（HedyLamarr)場(chǎng)和波場(chǎng)和波2022-5-30紅外線紅外線熱效應(yīng)顯著熱效應(yīng)顯著

15、能透過(guò)濃霧或較厚的氣層而不易被吸收。能透過(guò)濃霧或較厚的氣層而不易被吸收。紅外照相、紅外雷達(dá)、紅外光譜分析。紅外照相、紅外雷達(dá)、紅外光譜分析。人體溫人體溫 (310K)(310K)，不斷輻射，不斷輻射9 9微米的紅外線。微米的紅外線。場(chǎng)和波場(chǎng)和波2022-5-30可見(jiàn)光可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍：（波長(zhǎng)范圍：（400 nm400 nm760 nm760 nm）能引起人們的視覺(jué)，稱為光波。能引起人們的視覺(jué)，稱為光波。場(chǎng)和波場(chǎng)和波2022-5-30紫外光紫外光波長(zhǎng)范圍：（波長(zhǎng)范圍：（10 nm-400 nm10 nm-400 nm） 紫外線有明顯的生物作用，可用來(lái)殺菌；對(duì)許多紫外線有明顯的生物作用，可用來(lái)殺菌；

16、對(duì)許多昆蟲(chóng)特別敏感，農(nóng)村中用紫外燈來(lái)誘捕害蟲(chóng)；紫外線昆蟲(chóng)特別敏感，農(nóng)村中用紫外燈來(lái)誘捕害蟲(chóng)；紫外線還會(huì)引起化學(xué)反應(yīng)，使照相底片感光等。還會(huì)引起化學(xué)反應(yīng)，使照相底片感光等。場(chǎng)和波場(chǎng)和波2022-5-30X射線射線 波長(zhǎng)范圍（波長(zhǎng)范圍（0.01nm-10nm0.01nm-10nm） 具有很強(qiáng)的穿透能力，可用來(lái)透視人體內(nèi)部的具有很強(qiáng)的穿透能力，可用來(lái)透視人體內(nèi)部的病變情況或檢查金屬材料內(nèi)部的缺陷和分析晶體的病變情況或檢查金屬材料內(nèi)部的缺陷和分析晶體的結(jié)構(gòu)，也可以破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)等。結(jié)構(gòu)，也可以破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)等。場(chǎng)和波場(chǎng)和波2022-5-30射線的穿透能力比射線的穿透能力比X X射線更強(qiáng)，也可用射線更強(qiáng)，也

17、可用于金屬探傷。比于金屬探傷。比X X射線更能破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)。射線更能破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)。射線射線場(chǎng)和波場(chǎng)和波2022-5-30兩電荷相遇,電力線閉合,產(chǎn)生渦旋電場(chǎng)并激發(fā)磁場(chǎng).正 負(fù)電荷反向相遇時(shí)新產(chǎn)生的渦旋電場(chǎng)繞向與t=T/4時(shí)的相反.變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)相互激發(fā),相互感生,向外傳播.兩電荷相對(duì)靠近,電力線相對(duì)向外擴(kuò)展.（5 5）電磁波的產(chǎn)生）電磁波的產(chǎn)生場(chǎng)和波場(chǎng)和波2022-5-30場(chǎng)和波場(chǎng)和波2022-5-30 在子午面在子午面( (一系列一系列包含極軸的平面包含極軸的平面) )內(nèi)內(nèi). .的平面內(nèi)的平面內(nèi). .場(chǎng)和波場(chǎng)和波2022-5-30 在子午面在子午面( (一系列一系列包含極軸的平面包含

18、極軸的平面) )內(nèi)內(nèi). .的平面內(nèi)的平面內(nèi). .的方向的方向. . 與與 相互垂直相互垂直. .場(chǎng)和波場(chǎng)和波2022-5-30 物體具有吸收、反射、散射、輻射和透射電磁波的本領(lǐng)，不同物體吸收、反射、輻射電磁波的波長(zhǎng)不同，稱為物體的光譜特征，它是遙感技術(shù)的基本原理，即利用物體的光譜特征與遙感探測(cè)器探測(cè)到該物體輻射或反射的電磁波進(jìn)行比較得到該物體信息的技術(shù)。遙感技術(shù)遙感技術(shù)場(chǎng)和波場(chǎng)和波2022-5-30a. 遙感儀遙感儀：接收電磁波，如雷達(dá)，對(duì)目標(biāo)發(fā)射電磁：接收電磁波，如雷達(dá)，對(duì)目標(biāo)發(fā)射電磁波，根據(jù)反射回來(lái)的波進(jìn)行主動(dòng)性的跟蹤遙感。波，根據(jù)反射回來(lái)的波進(jìn)行主動(dòng)性的跟蹤遙感。遙感技術(shù)三個(gè)組成部分遙感

19、技術(shù)三個(gè)組成部分：b. 運(yùn)載工具運(yùn)載工具：把遙感儀送到與被測(cè)物體保持一定距：把遙感儀送到與被測(cè)物體保持一定距離和角度的地點(diǎn)去，稱為遙感平臺(tái)。離和角度的地點(diǎn)去，稱為遙感平臺(tái)。c. 識(shí)別設(shè)備識(shí)別設(shè)備：如電子計(jì)算機(jī)、彩色：如電子計(jì)算機(jī)、彩色合成儀、圖象數(shù)字化儀器，用它處合成儀、圖象數(shù)字化儀器，用它處理和判讀由遙感儀接收到的目標(biāo)物理和判讀由遙感儀接收到的目標(biāo)物體的信息特征。體的信息特征。 場(chǎng)和波場(chǎng)和波2022-5-30發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)場(chǎng)和波場(chǎng)和波2022-5-30水水利利發(fā)發(fā)電電場(chǎng)和波場(chǎng)和波2022-5-30鳥(niǎo)類利用地磁場(chǎng)導(dǎo)航鳥(niǎo)類利用地磁場(chǎng)導(dǎo)航場(chǎng)和波場(chǎng)和波2022-5-30紅外線熱像圖場(chǎng)和波場(chǎng)和波2022-5-30場(chǎng)和波場(chǎng)和波2022-5-30問(wèn)題：?jiǎn)栴}：在有磁場(chǎng)變化的空間，如果沒(méi)有導(dǎo)體，那么，在此空間在有磁場(chǎng)變化的空間，如果沒(méi)有導(dǎo)體，那么，在此空間有沒(méi)有電場(chǎng)？有沒(méi)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？有沒(méi)有電場(chǎng)？有沒(méi)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？問(wèn)題：?jiǎn)栴}