電磁場-序論匯編

1、 電 磁 場 主講(zhjing)：張志禹共四十一頁第一(dy)講 序 論 科學(xué)內(nèi)涵和應(yīng)用領(lǐng)域 發(fā)展歷程與發(fā)展簡史 主要研究對象和內(nèi)容(nirng) 課程學(xué)習(xí)目的及要求 共四十一頁科學(xué)內(nèi)涵及應(yīng)用領(lǐng)域共四十一頁電磁場理論(lln)的科學(xué)內(nèi)涵和應(yīng)用領(lǐng)域1. 物理的一個分支(fnzh)學(xué)科： 電磁場屬性與統(tǒng)一場理論 微觀量子電磁現(xiàn)象及應(yīng)用2. 無線電技術(shù)的理論基礎(chǔ)： 電磁場與物質(zhì)相互作用 信息傳輸新器件和系統(tǒng) 信息獲取新方法和技術(shù)3. 電氣工程學(xué)科理論核心: 電磁能量的產(chǎn)生轉(zhuǎn)換 電磁能量的傳輸和儲存 電磁場能的開發(fā)和應(yīng)用 電磁場理論的學(xué)科內(nèi)涵共四十一頁 電磁場的主要(zhyo)應(yīng)用領(lǐng)域 電磁場（或波

2、）為能量一種形式，是當(dāng)今世界 最重要(zhngyo)的能源，其研究領(lǐng)域涉及電磁能產(chǎn)生、 存儲、變換、傳輸和應(yīng)用.共四十一頁 電磁波作為信息的載體，成為當(dāng)今社會發(fā)布和獲 取信息的主要手段，研究內(nèi)容包括信息的產(chǎn)生、 獲取、交換、傳輸(chun sh)、儲存、處理、再現(xiàn)和應(yīng)用. 電磁場的主要(zhyo)應(yīng)用領(lǐng)域共四十一頁 電磁波作為探測未知世界的一種重要手 段，主要研究領(lǐng)域為電磁波與目標的相 互作用特性(txng)、目標探測及其特征的獲取 電磁場的主要(zhyo)應(yīng)用領(lǐng)域共四十一頁 電磁場的主要(zhyo)應(yīng)用領(lǐng)域共四十一頁為什么要學(xué)習(xí)(xux)電磁場與電磁波共四十一頁共四十一頁共四十一頁思考題:

3、1.為什么電磁波可作為(zuwi)信息載體? 2.作為信息載體有很多物理量,為 什么電磁波應(yīng)用最廣泛? 3.為什么電磁波可作為探測未知 物理世界的工具?共四十一頁電磁場理論發(fā)展(fzhn)歷程共四十一頁電、磁現(xiàn)象是大自然最重要的往來現(xiàn)象，也最早被科學(xué)家們關(guān)心和研究的物理現(xiàn)象，其中貢獻(gngxin)最大的有來頓、富蘭克林、伏打等科學(xué)家。19世紀以前，電、磁現(xiàn)象作為兩個獨立的物理現(xiàn)象被廣泛的關(guān)注和研究。正是由于這些研究為電磁學(xué)理論的建立奠定了基礎(chǔ)。1. 電磁場理論(lln)的早期研究 共四十一頁2電磁場理論(lln)的建立奧斯特是謝林的信徒，從1807年開始研究(ynji)電與磁之間的關(guān)系。18

4、20年發(fā)現(xiàn)電流以力作用于磁針18世紀末期，德國哲學(xué)家謝林認為,宇宙是有活力的, 而不是僵死的, 認為電是宇宙的活力和靈魂；電、磁、光、熱現(xiàn)象是相互聯(lián)系的。共四十一頁安培發(fā)現(xiàn)(fxin)作用力的方向和電流的方向以及磁針到通過電流的導(dǎo)線的垂直線方向相互垂直，并定量建立了若干數(shù)學(xué)公式。這表明，電流與磁之間存在著密切的聯(lián)系。2電磁場理論(lln)的建立共四十一頁 法拉第相信電、磁、光、熱是相 互聯(lián)系的。奧斯特1820年發(fā)現(xiàn) 電流以力作用于磁針后，法拉第 敏銳地意識到磁也一定(ydng)能夠?qū)﹄?產(chǎn)生影響。1821年他開始探索磁 生電的實驗,1831年他發(fā)現(xiàn): 當(dāng)磁捧插入導(dǎo)體線圈時,導(dǎo)線圈 中就產(chǎn)生電流

5、。這表明，電與磁 之間存在著密切的聯(lián)系。2電磁場理論(lln)的建立共四十一頁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，發(fā)展了場的概念。在法拉第實驗(shyn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)了宏觀電磁現(xiàn)象規(guī)律，引進位移電流的概念，提出了一組描述電磁現(xiàn)象規(guī)律的偏微分方程，即麥克斯韋方程組，建立了宏觀經(jīng)典電磁場理論。共四十一頁1855年：開始(kish)致力于電磁學(xué)的研究1864年：電磁場的動力學(xué)理論1873年：電磁通論著作完成1873年: 經(jīng)典宏觀電磁場理論建立共四十一頁3電磁場理論的發(fā)展(fzhn)和應(yīng)用 德國科學(xué)家赫茲, 1887 年用火 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 實了

6、麥克斯韋關(guān)于電磁波存在 的預(yù)言，這一重要的實驗導(dǎo)致了后來無線電報(wxin dinbo)的發(fā)明。從此開始了電磁場和電磁波理論的應(yīng)用與發(fā)展時代。共四十一頁無線電報(telegraph） 1895年，馬可尼進行了2.5公里無線電報傳送1896年，波波夫進行了250米的電報傳送試驗 1899年, 跨越(kuyu)英吉利海峽電報傳送試驗成功 1901年，跨越大西洋的3200公里的試驗成功 馬可尼成為1909年的諾貝爾獎得主共四十一頁有線電話 （telephone) 1876年, 美國科學(xué)家貝 爾在美國建國(jin gu)100周年 博覽會上展示了他所發(fā) 明的有線電話。共四十一頁 廣播(gungb) (

7、broadcasting ) 1906年，美國費森登用50 千赫的發(fā)電機作發(fā)射機， 用微音器接入天線實現(xiàn)調(diào) 制，使大西洋航船上的報 務(wù)員聽到了廣播播出的音樂。1919年第一個定時 的無線電廣播電臺在英國建成。共四十一頁電視 (television video ) 1884年，德國尼普科夫提出機 械掃描電視的設(shè)想，1927年， 英國貝爾德成功用電話線路把 圖像從倫敦傳至大西洋中的船上。茲沃霄金在 1923年和1924年相繼(xingj)發(fā)明了攝像管和顯像管。 1931年，世界上第一個全電子電視系統(tǒng)出現(xiàn)。共四十一頁雷達(lid)（Radar）雷達的英文RADAR是Radio Detection A

8、nd Ranging的縮寫，意為無線電探測和測距 1922年，馬可尼發(fā)表無線電波能檢測物體的論 文，是雷達最早的概念。雷達作為一種探測目 標的電子設(shè)備，產(chǎn)生于二次世界大戰(zhàn)。共四十一頁1936年，英國設(shè)計警戒雷達(lid)投入了運行1938年，美國研制成第一部火炮控制雷達1940年，微波雷達的研制成為可能1944年，自動跟蹤飛機的雷達研制成功1945年，顯示運動目標的顯示技術(shù)發(fā)明共四十一頁衛(wèi)星通信(satellite communications ) 1958年, 美國(mi u)低軌“斯科爾”衛(wèi)星發(fā)射成功 1964年, 同步通信衛(wèi)星實現(xiàn)了三大洲的通信 1965年, 第一顆商用定點同步衛(wèi)星投入運

9、行 1969年, 衛(wèi)星通信經(jīng)歷10年發(fā)展終趨于成熟共四十一頁衛(wèi)星定位(dngwi)技術(shù) （Navigation Satellite Timing and Ranging/ Global Positioning System GPS）共四十一頁衛(wèi)星定位技術(shù) GPS 1957年衛(wèi)星發(fā)射成功后，以衛(wèi)星為基地對地球表面及 近地空間目標的定位和導(dǎo)航成為可能。1958年底，美 國開始研究實施(shsh)這一計劃，于1964年研究成功子午儀 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。1973年美國提出了由24顆衛(wèi)星組成的 實用系統(tǒng)新方案，即GPS計劃，1990年最終的GPS方 案是由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成。共四十一頁北斗

10、定位系統(tǒng) 北斗定位系統(tǒng)是我國建立的區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)。北斗一代由三顆衛(wèi)星、地面控制中心、用戶三部分組成。功能為定位, 通信和授時. 北斗二代為全地定位系統(tǒng), 2011年完成系統(tǒng)組網(wǎng)，基本具備運行(ynxng)能力。2020年完成建設(shè)任務(wù)。 共四十一頁 電磁場研究的對象(duxing)與內(nèi)容共四十一頁 電磁場的屬性及其運動規(guī)律 場與物質(zhì)(wzh)的相互作用 電磁場系統(tǒng)的計算與仿真共四十一頁 電磁能的開發(fā)與利用(lyng) 新器件與系統(tǒng)的開發(fā) 電磁場與波的其它應(yīng)用共四十一頁 學(xué)習(xí)目的、方法(fngf)及其要求共四十一頁掌握宏觀電磁場的基本屬性和運動規(guī)律掌握宏觀電磁場問題的基本分析方法了解宏觀電磁場的

11、主要應(yīng)用領(lǐng)域及原理訓(xùn)練分析、歸納和提煉問題的科學(xué)方法(fngf)培養(yǎng)用數(shù)學(xué)工具解決科學(xué)工程問題的能力獨立完成作業(yè)，做好課堂筆記精讀一至二本教學(xué)參考書共四十一頁課程(kchng)相關(guān)要求課程性質(zhì)及安排專業(yè)基礎(chǔ)課、必修課、40學(xué)時理論教學(xué)課程成績考核(koh)方法閉卷考試80（作業(yè)平時考核）20%共四十一頁王家禮、朱滿座、路宏敏 .電磁場與電磁波基礎(chǔ)西安電子科技大學(xué)出版社。 （配套(pi to)學(xué)習(xí)指導(dǎo)書）路宏敏、朱滿座、趙永久.電磁場與電磁波基礎(chǔ)，科學(xué)出版社.（普通高等教育“十一五”“十二五”國家級規(guī)劃教材）教科書與參考書共四十一頁主要(zhyo)參考書【1】 J. D. Kraus，Elect

12、romagnetism with Application（Fifth Edition）【2】 畢德顯，電磁場理論，電子工業(yè)出版社【3】 郭碩鴻，電動力學(xué)（第三版）【4】 王薔等，電磁場理論基礎(chǔ)，清華大學(xué)出版社共四十一頁本課程構(gòu)架矢量分析(fnx)與場論電磁場電磁波；先修課高等數(shù)學(xué)、普通物理、工程數(shù)學(xué)后續(xù)支撐課程電機、電磁兼容、電能傳輸儲存類相關(guān)課程。課程(kchng)構(gòu)架共四十一頁如何(rh)學(xué)習(xí)電磁場與電磁波科學(xué)問題，技術(shù)(jsh)問題，應(yīng)用問題基本概念、基本原理、基本方法現(xiàn)代方法、軟件學(xué)習(xí)理論與實際結(jié)合共四十一頁內(nèi)容摘要電 磁 場。發(fā)展歷程與發(fā)展簡史。存儲、變換、傳輸和應(yīng)用.。取信息的主要手段，研究內(nèi)容包括信息的產(chǎn)生、。電、磁現(xiàn)象是大自然最重要的往來現(xiàn)象，也最早。大的有來頓、富蘭克林、伏打等科學(xué)家。流的導(dǎo)線的垂直線方向相互。1901年，跨越大西洋的3200公里的試驗成