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1、《電磁場與電磁波》緒論西安科技大學Ph.D王樹奇E-Mail:wangshuqi@xust.edu.cnQQ:1078072804電話：85583165一、《電磁場與電磁波》課程涉及的主要研究領域二、電磁場理論發(fā)展簡史三、電磁場理論的主要研究對象四、學習的目的、方法及其要求主要研究領域作為理論物理學的一個重要研究分支，主要致力于統(tǒng)一場理論和微觀量子電動力學的研究。電磁 場理論的 主要 研究 領域作為無線電技術的理論基礎，集中于三大類應用問題的研究。作為無線電技術的理論基礎，集中于三大類應用問題的研究：電磁場作為能量的一種形式，是當今
2、世界最重要的能源，其研究領域涉及電磁能量的產生、儲存、變換、傳輸和綜合利用。電磁波作為信息傳輸?shù)妮d體，成為當今人類社會發(fā)布信息和獲取信息的主要手段，主要研究領域為信息的產生、獲取、交換、傳輸、儲存、處理、再現(xiàn)和綜合利用。電磁波作為探測未知世界的一種重要手段，主要研究領域為電磁波與目標的相互作用特性、目標特征的獲取與重建、探測新技術等。作為信息的載體應用于通信、廣播、電視電磁波作為探求未知物質世界的手段應用于雷達、導航、遙測、遙感和遙控研究設計產生能滿足各種應用要求的電磁波能量存在的一種形式時變電流或加速運動的電荷向空間輻射電磁波電磁
3、波輻射問題電磁場理論發(fā)展簡史1．電磁場理論的建立電、磁現(xiàn)象是大自然最重要的往來現(xiàn)象，是最早被科學家們關心和研究的物理現(xiàn)象。19世紀以前，電、磁現(xiàn)象作為兩個獨立的物理現(xiàn)象，沒有發(fā)現(xiàn)電與磁的聯(lián)系。但這些研究（特別是伏打1799年發(fā)明了電池），為電磁學理論的建立奠定了基礎。庫侖于1779年通過實驗和采用類比方法歸納、導出了兩個靜止點電荷間的相互作用規(guī)律，即庫侖定律，是靜電學理論建立的實驗基礎。奧斯特從1807年開始研究電磁之間的關系。1820年，他發(fā)現(xiàn)電流以力作用于磁針。近于同時，安培發(fā)現(xiàn)磁力作用的規(guī)律——安培力公式。法拉第敏銳地意識到，
4、電可以對磁產生作用，磁也一定能夠對電產生影響。1821年他開始探索磁生電的實驗。1831年他發(fā)現(xiàn)，當磁捧插入導體線圈時，導線圈中就產生電流，這表明：電與磁之間存在著密切的聯(lián)系。法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應定律。麥克斯韋在法拉第實驗的基礎上，總結了宏觀電磁現(xiàn)象的規(guī)律，引入了“感生電場”、“位移電流”兩個概念，其核心思想是：變化的磁場要產生感生電場，變化的電場也要產生磁場。在此基礎上，1864年提出了一套偏微分方程來表達電磁現(xiàn)象的基本規(guī)律，稱為麥克斯韋方程組，是經典電磁場理論的基本方程。1887年，德國科學家赫茲用火花隙激勵一個環(huán)狀天線，用另一個
5、帶隙的環(huán)狀天線接收，證實了麥克斯韋關于電磁波存在的預言，這一重要的實驗導致了后來無線電報的發(fā)明。從此開始了電磁場理論應用與發(fā)展時代，并且發(fā)展成為當代最引人注目的學科之一。赫茲設計的電磁波發(fā)生和接收裝置（a）是振蕩電路，含有兩個金屬放電桿，每根桿的一端有一金屬球，兩球間有一個敞開的空氣隙。（b）是一個檢測電磁波的裝置，不帶電池或其它內部電源，是將一條導線彎成圓形，在導線的兩端焊上兩個金屬小球，小球間留有小的間隙。無線電報1895年，（意）馬可尼成功地進行了2.5公里距離的無線電報傳送實驗。1896年，波波夫進行了約250米距離的類似試
6、驗,1899年,無線電報跨越英吉利海峽的試驗成功；1901年，跨越大西洋的3200公里距離的試驗成功。馬可尼以其在無線電報等領域的成就，獲得了1909年的諾貝爾獎金物理學獎。無線電報的發(fā)明，開始了利用電磁波時期。有線電話1876年,（美）A.G.貝爾在美國建國100周年博覽會上展示了他所發(fā)明的有線電話。此后,有線電話便迅速普及開來。2、電磁場理論的應用和發(fā)展廣播1906年，（美）費森登用50千赫頻率發(fā)電機作發(fā)射機，用微音器接入天線實現(xiàn)調制，使大西洋航船上的報務員聽到了他從波士頓播出的音樂。1919年，第一個定時播發(fā)語言和音樂的無線電
7、廣播電臺在英國建成。次年，在美國的匹茲堡城又建成一座無線電廣播電臺。電視1884年，（德）尼普科夫提出機械掃描電視的設想，1927年，（英）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全電子電視系統(tǒng)。雷達（RadioDetectionandRanging無線電探測和測距）二次世界大戰(zhàn)前夕，飛機成為主要進攻武器。英、美、德、法等國競相研制一類能夠早期警戒飛機的裝置。1936年，（英）瓦特設計的警戒雷達最先投入了運行。有效地警戒了來自德國的
8、轟炸機。1938年，美國研制成第一部能指揮火炮射擊的火炮控制雷達。1940年，多腔磁控管的發(fā)明，微波雷達的研制成為可能。1944年，能夠自動跟蹤飛機的雷達研制成功。1945年，能消除背景干擾顯示運動目標的顯示技術的發(fā)明,使雷達更加完善
