電磁場與電磁波：場波教案-前言

電場和磁場前言

運動電荷或電流產(chǎn)生的場表現(xiàn)為對于磁鐵和載流導體有力的作用，這種物質(zhì)稱為磁場。不隨時間變化的磁場稱為恒定磁場。

靜止電荷產(chǎn)生的場表現(xiàn)為對于帶電體有力的作用，這種場稱為電場。不隨時間變化的電場稱為靜電場。

如果電荷及電流均隨時間改變，它們產(chǎn)生的電場及磁場也是隨時變化的，時變的電場與時變的磁場可以相互轉(zhuǎn)化，兩者不可分割，它們構(gòu)成統(tǒng)一的時變電磁場。時變電場與時變磁場之間的相互轉(zhuǎn)化作用，在空間形成了電磁波。電磁波

靜電場與恒定磁場相互無關(guān)、彼此獨立，可以分別進行研究。因此，本書先討論靜電場和恒定磁場，然后再介紹時變電磁場。物質(zhì)屬性

電磁場與電磁波既然是一種物質(zhì)，它的存在和傳播無需依賴于任何媒質(zhì)。

電磁場與電磁波是客觀存在的一種物質(zhì)，因為它具有物質(zhì)的兩種重要屬性：能量和質(zhì)量。但是，電磁場與電磁波的質(zhì)量極其微小，因此，通常僅研究電磁場與電磁波的能量特性。對于電磁場與電磁波來說，真空環(huán)境通常被稱為“自由空間”。

當空間存在介質(zhì)時，在電磁場的作用下介質(zhì)中會發(fā)生極化與磁化現(xiàn)象，結(jié)果在介質(zhì)中又產(chǎn)生二次電場及磁場，從而改變了介質(zhì)中原先的場分布，這就是場與介質(zhì)的相互作用現(xiàn)象。場與介質(zhì)先介紹真空中的電磁場，然后再討論介質(zhì)中的電磁場。電荷及電流是產(chǎn)生電磁場惟一的源。場與源研究場與源的關(guān)系是電磁理論的基本問題之一。引入磁荷及磁流的概念是十分有益的，但是，它們僅是假想的。歷史的回顧

公元前600年希臘人發(fā)現(xiàn)了摩擦后的琥珀能夠吸引微小物體；公元前300年我國發(fā)現(xiàn)了磁石吸鐵的現(xiàn)象；后來，人們發(fā)現(xiàn)了地球磁場的存在。1785年法國科學家?guī)靵觯?736－1806）通過實驗創(chuàng)建了著名的庫侖定律。1820年丹麥人奧斯特（1777－1851）發(fā)現(xiàn)了電流產(chǎn)生的磁場。同年法國科學家安培（1775－1836）計算了兩個電流之間的作用力。1831年英國科學家法拉第（1791－1867）發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象，創(chuàng)建了電磁感應定律，說明時變磁場可以產(chǎn)生時變電場。時代發(fā)明者現(xiàn)象公元前600年希臘人摩擦后琥珀吸引微物體公元前300年中國人磁石吸鐵1785年法國庫侖(1736－1806)電荷之間的作用力庫侖定律1785年法國安培(1775－1836)電流之間的作用力安培定律1831年英國法拉第(1791－1867)時變磁場產(chǎn)生時變電場電磁感應定律歷史的回顧

1873年英國科學家麥克斯韋（1831－1879）提出了位移電流的假設(shè)，認為時變電場可以產(chǎn)生時變磁場，并建立了嚴格的數(shù)學方程——麥克斯韋方程。重大突破

麥克斯韋預言電磁波的存在，后來在1887年被德國物理學家赫茲（1857－1894）的實驗證實。俄國的波波夫及意大利的馬可尼于19世紀末先后發(fā)明了使用電磁波作為信息載體的傳輸技術(shù)。電磁場與波的應用

當今的無線通信、廣播、雷達、遙控遙測、微波遙感、無線因特網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、衛(wèi)星定位以及光纖通信等信息技術(shù)都是利用電磁波作為載體傳輸信息的。

靜電復印、靜電除塵以及靜電噴漆等技術(shù)都是基于靜電場對于帶電粒子具有力的作用。

電磁鐵、磁懸浮軸承以及磁懸浮列車等，都是利用磁場力的作用。世界首輛載人高溫超導磁懸浮試驗車西南交通大學應用超導研究所研制Stable!Stable!磁場力的應

用B2隱形轟炸機ir反射定律的應用立體電影

電磁波極化特性的應用

全球定位系統(tǒng)

GlobalPositioningSystem(GPS)信息載體的應用*

2004年無線上網(wǎng)的設(shè)備達到15億部。*

2004年60%美國人在工作中使用無線設(shè)備。*

2005年全世界無線上網(wǎng)的人數(shù)達到4.8億。*

2007年美國無線商務用戶達到9100萬。*

目前中國的手機用戶已有3.5億。

新技術(shù)的廣泛應用促進了電磁理論的發(fā)展。由此創(chuàng)建了很多分析電磁場與波的新方法，研制了很多電磁性能優(yōu)越的新材料。相互促進，共同發(fā)展隨著大容量的高性能及高速度計算機出現(xiàn)，不但解決了很多電磁理論的計算問題，同時也萌生了計算電磁場與波的新方法，從而形成計算電磁學的新學科。電磁單位

本書采用國際單位制（SI）。在電磁學中，這種單位制的四個基本單位是長度、質(zhì)量、時間和電流強度