電磁場(chǎng)與電磁波課件--緒論

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1、《電磁場(chǎng)與電磁波》緒論西安科技大學(xué)Ph.D王樹奇E-Mail:wangshuqi@xust.edu.cnQQ:1078072804電話：85583165一、《電磁場(chǎng)與電磁波》課程涉及的主要研究領(lǐng)域二、電磁場(chǎng)理論發(fā)展簡(jiǎn)史三、電磁場(chǎng)理論的主要研究對(duì)象四、學(xué)習(xí)的目的、方法及其要求主要研究領(lǐng)域作為理論物理學(xué)的一個(gè)重要研究分支，主要致力于統(tǒng)一場(chǎng)理論和微觀量子電動(dòng)力學(xué)的研究。電磁場(chǎng)理論的主要研究領(lǐng)域作為無線電技術(shù)的理論基礎(chǔ)，集中于三大類應(yīng)用問題的研究。作為無線電技術(shù)的理論基礎(chǔ)，集中于三大類應(yīng)用問題的研究：電磁場(chǎng)作為能量的一種形式，是當(dāng)今

2、世界最重要的能源，其研究領(lǐng)域涉及電磁能量的產(chǎn)生、儲(chǔ)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(dāng)今人類社會(huì)發(fā)布信息和獲取信息的主要手段，主要研究領(lǐng)域?yàn)樾畔⒌漠a(chǎn)生、獲取、交換、傳輸、儲(chǔ)存、處理、再現(xiàn)和綜合利用。電磁波作為探測(cè)未知世界的一種重要手段，主要研究領(lǐng)域?yàn)殡姶挪ㄅc目標(biāo)的相互作用特性、目標(biāo)特征的獲取與重建、探測(cè)新技術(shù)等。作為信息的載體應(yīng)用于通信、廣播、電視電磁波作為探求未知物質(zhì)世界的手段應(yīng)用于雷達(dá)、導(dǎo)航、遙測(cè)、遙感和遙控研究設(shè)計(jì)產(chǎn)生能滿足各種應(yīng)用要求的電磁波能量存在的一種形式時(shí)變電流或加速運(yùn)動(dòng)的電荷向空間輻射電磁波電磁

3、波輻射問題電磁場(chǎng)理論發(fā)展簡(jiǎn)史1．電磁場(chǎng)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(xué)家們關(guān)心和研究的物理現(xiàn)象。19世紀(jì)以前，電、磁現(xiàn)象作為兩個(gè)獨(dú)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(xué)理論的建立奠定了基礎(chǔ)。庫(kù)侖于1779年通過實(shí)驗(yàn)和采用類比方法歸納、導(dǎo)出了兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷間的相互作用規(guī)律，即庫(kù)侖定律，是靜電學(xué)理論建立的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。奧斯特從1807年開始研究電磁之間的關(guān)系。1820年，他發(fā)現(xiàn)電流以力作用于磁針。近于同時(shí)，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(shí)到，

4、電可以對(duì)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)磁捧插入導(dǎo)體線圈時(shí)，導(dǎo)線圈中就產(chǎn)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(yīng)定律。麥克斯韋在法拉第實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)了宏觀電磁現(xiàn)象的規(guī)律，引入了“感生電場(chǎng)”、“位移電流”兩個(gè)概念，其核心思想是：變化的磁場(chǎng)要產(chǎn)生感生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)也要產(chǎn)生磁場(chǎng)。在此基礎(chǔ)上，1864年提出了一套偏微分方程來表達(dá)電磁現(xiàn)象的基本規(guī)律，稱為麥克斯韋方程組，是經(jīng)典電磁場(chǎng)理論的基本方程。1887年，德國(guó)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)

5、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。從此開始了電磁場(chǎng)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。赫茲設(shè)計(jì)的電磁波發(fā)生和接收裝置（a）是振蕩電路，含有兩個(gè)金屬放電桿，每根桿的一端有一金屬球，兩球間有一個(gè)敞開的空氣隙。（b）是一個(gè)檢測(cè)電磁波的裝置，不帶電池或其它內(nèi)部電源，是將一條導(dǎo)線彎成圓形，在導(dǎo)線的兩端焊上兩個(gè)金屬小球，小球間留有小的間隙。無線電報(bào)1895年，（意）馬可尼成功地進(jìn)行了2.5公里距離的無線電報(bào)傳送實(shí)驗(yàn)。1896年，波波夫進(jìn)行了約250米距離的類似試

6、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3200公里距離的試驗(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年的諾貝爾獎(jiǎng)金物理學(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）A.G.貝爾在美國(guó)建國(guó)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。2、電磁場(chǎng)理論的應(yīng)用和發(fā)展廣播1906年，（美）費(fèi)森登用50千赫頻率發(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

7、廣播電臺(tái)在英國(guó)建成。次年，在美國(guó)的匹茲堡城又建成一座無線電廣播電臺(tái)。電視1884年，（德）尼普科夫提出機(jī)械掃描電視的設(shè)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(gè)全電子電視系統(tǒng)。雷達(dá)（RadioDetectionandRanging無線電探測(cè)和測(cè)距）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(guó)競(jìng)相研制一類能夠早期警戒飛機(jī)的裝置。1936年，（英）瓦特設(shè)計(jì)的警戒雷達(dá)最先投入了運(yùn)行。有效地警戒了來自德國(guó)的

8、轟炸機(jī)。1938年，美國(guó)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，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