《電磁場與電磁波》緒論

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1、電子工程學(xué)院唐濤電磁場與電磁波1自我介紹：唐濤，1982年生，四川廣安人西南交通大學(xué)電磁場與微波技術(shù)研究所工學(xué)博士。成都信息工程學(xué)院電子工程學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)教研室。主要研究方向?yàn)樘炀€與電波傳播、計(jì)算電磁學(xué)、雷電電磁脈沖傳播機(jī)理與防護(hù)。tangt@cuit.edu.cn2一、課程的性質(zhì)二、電磁場理論的發(fā)展三、電磁場理論的應(yīng)用四、內(nèi)容安排五、學(xué)習(xí)的目的、方法及其要求六、主要參考書3?電磁場（或電磁波）作為能量的一種形式，是當(dāng)今世界最重要的能源之一?電磁波作為信息傳輸?shù)妮d體，成為當(dāng)今人類社會(huì)發(fā)布和獲取信息、探測未知世界的重要手段一、課程的性質(zhì)?電類專業(yè)學(xué)生必修的技術(shù)基礎(chǔ)課?是電氣工

2、程師的必備知識(shí)?是電磁理論的重要組成部分41．電磁場理論的早期研究電、磁現(xiàn)象是大自然最重要的往來現(xiàn)象，也是最早被科學(xué)家們關(guān)心和研究的物理現(xiàn)象，其中貢獻(xiàn)最大的有賴頓、富蘭克林、伏打等科學(xué)家。19世紀(jì)以前，電、磁現(xiàn)象一直作為兩個(gè)獨(dú)立的物理現(xiàn)象，沒有人發(fā)現(xiàn)它們之間的相互聯(lián)系。但是這些研究（特別是伏打1799年發(fā)明了電池）為電磁學(xué)理論的建立奠定了基礎(chǔ)。二、電磁場理論的發(fā)展52．電磁場理論的建立18世紀(jì)末期，德國哲學(xué)家謝林認(rèn)為，宇宙是有活力的，而不是僵死的。他認(rèn)為電就是宇宙的活力，是宇宙的靈魂，電、磁、光、熱是相互聯(lián)系的。奧斯特是謝林的信徒，他從1807年開始研究電、磁之間的關(guān)系。1820年

3、，他發(fā)現(xiàn)電流以力作用于磁針。安培發(fā)現(xiàn)作用力的方向、電流的方向、磁針到通電導(dǎo)線的垂直方向是相互垂直的，并定量建立了若干數(shù)學(xué)公式。6法拉第在謝林的影響下，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(shí)到，電可以對磁產(chǎn)生作用，磁也一定能夠?qū)﹄姰a(chǎn)生影響。1821年他開始探索磁生電的實(shí)驗(yàn)。1831年他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)磁棒插入導(dǎo)體線圈時(shí)，線圈中就會(huì)產(chǎn)生電流。這表明，電與磁之間存在著密切的聯(lián)系。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(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)了宏觀電磁現(xiàn)象的規(guī)律，引進(jìn)位移電流的概念。這個(gè)概念的核心思想是：變化著的電場

4、能產(chǎn)生磁場，與變化著的磁場產(chǎn)生電場相對應(yīng)。在此基礎(chǔ)上提出了一套偏微分方程來表述電磁現(xiàn)象的基本規(guī)律，稱為麥克斯韋方程組，是經(jīng)典電磁學(xué)的基本方程。73．電磁場理論的發(fā)展在麥克斯韋方程建立后的一百多年里,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電磁理論得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，尤其近30年來，無線電電子學(xué)、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，生物電磁學(xué)、環(huán)境電磁學(xué)和電磁兼容等學(xué)科的建立，向電磁理論提出了許多新的研究課題，使現(xiàn)代電磁理論得到了迅速的發(fā)展。81887年，德國科學(xué)家赫茲用火花隙激勵(lì)一個(gè)環(huán)狀天線，用另一個(gè)帶隙的環(huán)狀天線接收，證實(shí)了麥克斯韋關(guān)于電磁波存在的預(yù)言，這一重要的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致了后來無線電報(bào)的發(fā)明。從此開始了

5、電磁場理論應(yīng)用與發(fā)展時(shí)代，并且發(fā)展成為當(dāng)代最引人注目的學(xué)科之一。三、電磁場理論的應(yīng)用9無線電報(bào):1895年，意大利馬可尼成功地進(jìn)行了2.5km距離的無線電報(bào)傳送實(shí)驗(yàn)；1896年，波波夫進(jìn)行了約250m米距離的類似試驗(yàn)；1899年,無線電報(bào)跨越英吉利海峽的試驗(yàn)成功；1901年，跨越大西洋的3200km距離的試驗(yàn)成功。馬可尼以其在無線電報(bào)等領(lǐng)域的成就，獲得了1909年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。無線電報(bào)的發(fā)明，開始了利用電磁波時(shí)期。有線電話:1876年，美國A.G.貝爾在美國建國100周年博覽會(huì)上展示了他所發(fā)明的有線電話。此后，有線電話便迅速普及開來。10電視:1884年，德國尼普科夫提出機(jī)械掃

6、描電視的設(shè)想；1927年，英國貝爾德成功地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和1924年相繼發(fā)明了攝像管和顯像管；1931年，他組裝成世界上第一個(gè)全電子電視系統(tǒng)。廣播:1906年，美國費(fèi)森登用50kHz頻率發(fā)電機(jī)作發(fā)射機(jī)，用微音器接入天線實(shí)現(xiàn)調(diào)制，使大西洋航船上的報(bào)務(wù)員聽到了他從波士頓播出的音樂；1919年，第一個(gè)定時(shí)播發(fā)語言和音樂的無線電廣播電臺(tái)在英國建成；次年，在美國的匹茲堡城又建成一座無線電廣播電臺(tái)。11雷達(dá):第二次世界大戰(zhàn)前夕，飛機(jī)成為主要進(jìn)攻武器。英、美、德、法等國競相研制一類能夠早期警戒飛機(jī)的裝置。1936年，英國的瓦特設(shè)計(jì)的警戒雷達(dá)最先投入了

7、運(yùn)行，有效地警戒了來自德國的轟炸機(jī)。1938年，美國研制成第一部能指揮火炮射擊的火炮控制雷達(dá)。1940年，多腔磁控管的發(fā)明，使微波雷達(dá)的研制成為可能。1944年，能夠自動(dòng)跟蹤飛機(jī)的雷達(dá)研制成功。1945年，能消除背景干擾、顯示運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的顯示技術(shù)的發(fā)明，使雷達(dá)更加完善。在整個(gè)第二次世界大戰(zhàn)期間，雷達(dá)成了電磁場理論最活躍的部分。12衛(wèi)星通信技術(shù):1958年，美國發(fā)射低軌道“斯科爾”衛(wèi)星成功，這是第一顆用于通信的試驗(yàn)衛(wèi)星。1964年，借助定點(diǎn)同步通信衛(wèi)星首次實(shí)現(xiàn)了美、歐、非