電磁場與電磁波序言法林

電磁場與電磁波序言法林第一頁，共二十四頁，2022年，8月28日

電磁場與電磁波理論是近代自然科學(xué)中，理論相對最完整、應(yīng)用最廣泛的支柱學(xué)科之一。電磁場與電磁波技術(shù)已遍及人類的科學(xué)技術(shù)、政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、文化以及日常生活的各個領(lǐng)域。電磁場是物質(zhì)世界的重要組成部分。在生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域存在大量與電磁場有關(guān)的問題。例如電力系統(tǒng)、電磁探礦、粒子加速器等。在迅變情況下，電磁場以電磁波的形式存在，其應(yīng)用更為廣泛，如無線電波、微波、熱輻射、光波、X射線等。

19世紀(jì)是電磁研究蓬勃開展的時代，法拉第、歐姆、傅立葉、基爾霍夫、奧斯特、安培、畢奧、薩伐爾、麥克斯韋、斯托克斯、湯姆森、赫茲、楞次、雅可比、西門，單單從這些名字和科學(xué)家的陣容，你就可以感受到這一時期的電磁科學(xué)取得了多么輝煌的成就。

一、電磁場與電磁波理論發(fā)展簡史第二頁，共二十四頁，2022年，8月28日宇宙射線射線X射線紫外線可見光紅外線微波毫米波厘米波分米波超短波短波中波長波無線電波電磁波譜第三頁，共二十四頁，2022年，8月28日最早的天線最早的發(fā)射天線是赫茲在1887年為了驗(yàn)證麥克斯韋根據(jù)理論推導(dǎo)所作關(guān)于存在電磁波的預(yù)言而設(shè)計(jì)的。它是兩個約為30厘米長、位于一直線上的金屬桿，其遠(yuǎn)離的兩端分別與兩個約40厘米2的正方形金屬板相連接，靠近的兩端分別連接兩個金屬球并接到一個感應(yīng)線圈的兩端，利用金屬球之間的火花放電來產(chǎn)生振蕩。當(dāng)時，赫茲用的接收天線是單圈金屬方形環(huán)狀天線，根據(jù)方環(huán)端點(diǎn)之間空隙出現(xiàn)火花來指示收到了信號。第四頁，共二十四頁，2022年，8月28日1785年，法國科學(xué)家?guī)靵鲈趯?shí)驗(yàn)規(guī)律的基礎(chǔ)上，提出了第一個電學(xué)定律：庫侖定律。使電學(xué)研究走上了理論研究的道路。1820年，由丹麥的科學(xué)家奧斯特在課堂上的一次試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)了電的磁效應(yīng)，從此將電和磁聯(lián)系在一起。1822年，法國科學(xué)家安培提出了安培環(huán)路定律，將奧斯特的發(fā)現(xiàn)上升為理論。1825年，德國科學(xué)家歐姆得出了第一個電路定律：歐姆定律。1831年，英國實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律。并設(shè)計(jì)了世界上第一臺感應(yīng)發(fā)電機(jī)。第五頁，共二十四頁，2022年，8月28日1840年，英國科學(xué)家焦耳提出了焦耳定律，揭示了電磁現(xiàn)象的能量特性。電磁學(xué)理論的完成者——英國的物理學(xué)家麥克斯韋（1831—1879）。麥克斯韋方程組——用最完美的數(shù)學(xué)形式表達(dá)了宏觀電磁學(xué)的全部內(nèi)容。麥克斯韋從理論上預(yù)言了電磁波的存在。第六頁，共二十四頁，2022年，8月28日靜電場：利用靜電場對帶電粒子具有力的作用。如：靜電復(fù)印、靜電除塵以及靜電噴漆靜磁場：利用磁場力的作用。如：電磁鐵、磁懸浮軸承以及磁懸浮列車等時變電磁場：利用電磁波作為媒介傳輸信息。如：無線通信、廣播、雷達(dá)、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)二、電磁場與電磁波應(yīng)用的三個主要方面第七頁，共二十四頁，2022年，8月28日應(yīng)用的各個領(lǐng)域電磁理論電子對抗無線通信廣播、電視雷達(dá)、導(dǎo)航、遙感工業(yè)無損探傷射電天文強(qiáng)電（變壓器、電機(jī)）等電磁兼容等電磁醫(yī)療儀器、電磁醫(yī)療探地雷達(dá)磁懸浮技術(shù)微波烘干、殺菌第八頁，共二十四頁，2022年，8月28日靜態(tài)場應(yīng)用時變場應(yīng)用陰極射線示波器噴墨打印機(jī)磁分離器磁懸浮列車礦物的分選...變壓器藍(lán)牙技術(shù)衛(wèi)星通信微波爐/電磁爐隱形飛機(jī)...應(yīng)用實(shí)例第九頁，共二十四頁，2022年，8月28日所有帶電粒子偏轉(zhuǎn)都是通過兩平行板間的電位差實(shí)現(xiàn)原理應(yīng)用：》陰極射線示波器》回旋加速器》噴墨打印機(jī)》速度選擇器等原理：通過控制帶電粒子（電子或是質(zhì)子）的軌跡。第十頁，共二十四頁，2022年，8月28日陰極射線示波器第十一頁，共二十四頁，2022年，8月28日噴墨打印機(jī)第十二頁，共二十四頁，2022年，8月28日選礦器硫酸鹽礦石英含石英硫酸鹽礦第十三頁，共二十四頁，2022年，8月28日磁分離器第十四頁，共二十四頁，2022年，8月28日磁錄音原理：第十五頁，共二十四頁，2022年，8月28日磁懸浮列車第十六頁，共二十四頁，2022年，8月28日時變場——電磁波的應(yīng)用在發(fā)現(xiàn)電磁波不到6年，利用電磁波的技術(shù)，如雨后春筍般相繼問世。無線電報(bào)（1894年）無線電廣播（1906年）無線電導(dǎo)航（1911年）無線電話（1916年）第十七頁，共二十四頁，2022年，8月28日短波通信（1921年）無線電傳真（1923年）電視（1929年）微波通信（1933年）雷達(dá)（1935年）遙控、遙感、衛(wèi)星通信、射電天文學(xué)……它們使整個世界面貌發(fā)生了深刻的變化。第十八頁，共二十四頁，2022年，8月28日衛(wèi)星通信基本原理：衛(wèi)星通信就是地球上（包括地球、水面和低層大氣中）的無線電通信站之間利用人造衛(wèi)星做中繼站而進(jìn)行的通信。通信地球站：可以是地面站、車載站、機(jī)載站地球站的天線要始終對準(zhǔn)衛(wèi)星才能利用衛(wèi)星進(jìn)行通信，所以我們通常使用靜止衛(wèi)星，也即同步衛(wèi)星。同步衛(wèi)星：衛(wèi)星處在距地面35600公里左右時，周期T=24小時，時間與地球自轉(zhuǎn)時間一致。衛(wèi)星通信是二戰(zhàn)之后發(fā)展起來的一種先進(jìn)的無線通信技術(shù)。第十九頁，共二十四頁，2022年，8月28日我國衛(wèi)星發(fā)展?fàn)顩r1、1970年4月24日成功發(fā)射“東方紅一號”第一顆衛(wèi)星。2、1984年4月成功發(fā)射第一顆同步衛(wèi)星“東方紅二號”。3、1990年4月27日成功發(fā)射“亞州一號”通信衛(wèi)星。第二十頁，共二十四頁，2022年，8月28日電磁爐加熱原理：采用磁場感應(yīng)電流(渦流)加熱，利用電流通過線圈產(chǎn)生磁場，當(dāng)磁場內(nèi)的磁力線通過金屬器皿的底部時即會產(chǎn)生無數(shù)小渦流，使器皿本身自行高速發(fā)熱，然后再加熱于器皿內(nèi)的食物。特點(diǎn)：鍋具自行發(fā)熱，并煮食鍋內(nèi)食物。爐面不發(fā)熱，當(dāng)磁場內(nèi)的磁力線通過非金屬物休，不會產(chǎn)生渦流，故不會產(chǎn)生熱力。爐面和人都是非金屬物體，本身不會發(fā)熱，因此沒有被電磁爐燒傷的危險(xiǎn)，安全可靠。電磁爐的熱效率極高，煮食時安全、潔凈、無火、無煙、無廢氣、不怕風(fēng)吹、不會爆炸或引致氣體中毒。第二十一頁，共二十四頁，2022年，8月28日微波爐內(nèi)加熱：微波爐中極性分子接受微波輻射的能量后，通過分子偶極的每秒數(shù)十億次的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生熱效應(yīng)，這種加熱方式稱為內(nèi)加熱外加熱：把普通熱傳導(dǎo)和熱對流的加熱過程稱為外加熱。內(nèi)加熱特點(diǎn)：加熱速度快、受熱體系溫度均勻等特點(diǎn)。第二十二頁，共二十四頁，2022年，8月28日隱形飛機(jī)雷達(dá)工作原理：雷達(dá)發(fā)出高頻電磁波射到物體上。物體把這個電磁波向各個方向反射，當(dāng)然也有一部分反射回發(fā)射點(diǎn)（雷達(dá)），在雷達(dá)處再設(shè)一個接收裝置就可接收到回波。根據(jù)回波可發(fā)現(xiàn)物體。隱形飛機(jī)原理：使雷達(dá)無法探測到。飛機(jī)達(dá)到隱形效果的關(guān)鍵，在于采用隱形材料和隱形設(shè)計(jì)，盡量把雷達(dá)波束吸收掉