电磁场与波绪论

1、电磁场与波Electromagnetic field and wave共二十八页绪论(xln)一、本课程与相关课程的关系二、场的物理本质 三、电磁场与波理论发展简史 四、电磁场与波理论的主要研究领域 五、电磁波与通信(tng xn)的关系六、学习的目的、方法及其要求共二十八页一、 本课程与相关(xinggun)课程的关系电磁场与电磁波高等数学大学物理通信(tng xn)原理微波技术与天线光纤通信线性代数共二十八页（1） 形式、结构多种多样（2） 有一定的质量、能量和动量，满足p=mv，w=mv2（3）具有微粒性和波动性（4）只能由一种(y zhn)形态转换成另一形态或相互转化场与实物(shw)

2、的共同特征 二、场的物理本质共二十八页 场与实物(shw)之间的差异（1） 是否产生机械作用，且不同的场有不同的特征性质。（2） 是否占有空间。且场和实物可以相互渗透，二者可占有同一空间。（3）在外力作用下可否变速运动。（4）质量(zhling)密度、能量密度。 场是物质的一种形态，和另一种形态-实物同时存在，密切联系着，一定条件下相互转换。共二十八页三、电磁场与波理论(lln)发展简史1电磁理论的早期研究 1687，牛顿对物体质量之间的吸引力总结出万有引力定律1746年达朗贝尔发表了论文张紧的弦振动形成的曲线研究，在这篇论文里，他首先提出了波动方程，并于1750年证明了它们的函数关系；176

3、3年，他进一步讨论了不均匀弦的振动，提出了广义的波动方程。 1780年的一天，意大利解剖学家伽伐尼在做青蛙解剖时， “生物电”；意大利物理学家伏打，发现两种不同(b tn)的金属片，电流。1799年，伏打发明电池18世纪以前，电、磁现象作为两个独立的物理现象，没有发现电与磁的联系。共二十八页2电磁场理论(lln)的建立1785年，库伦对静止电荷间的相互作用力总结出库伦定律。奥斯特从1807年开始研究电磁之间的关系。1820年，他发现电流以力作用于磁针。1825年左右，安培发现发现了电流的方向和它的磁场的方向有着一定的规律，可以用右手来表示它们之间的关系，这就是安培定则或右手螺旋定则,后进一步发

4、现两股电流各自产生的磁场也会相互施加作用力，并且推算出了这种力所遵循的数学公式，即安培力定律。 共二十八页 法拉第探索了磁生电的实验。他发现，当磁捧插入导体线圈时；导线圈中就产生电流。这表明，电与磁之间存在着密切的联系。 1831年，电磁感应定律。 麦克斯韦深入研究并探讨了电与磁之间发生作用的问题，引进位移电流的概念，发展了场的概念。 19世纪中叶，在此基础上，提出了一套偏微分方程来表达电磁现象的基本规律，称为麦克斯韦方程组，是经典(jngdin)电磁学的基本方程。共二十八页3电磁理论的应用和发展 1887年，德国科学家赫兹用火花隙激励一个(y )环状天线，用另一个(y )带隙的环状天线接收，

5、证实了麦克斯韦关于电磁波存在的预言。共二十八页 无线电报 1895年，意大利马可尼成功地进行了 2.5公里距离的无线电报传送(chun sn)实验。马可尼以 其在无线电报等领域的成就，获得了1909年的诺贝尔奖金物理学奖。无线电报的发明，开始了利用电磁波时期。 有线电话 1876年,美国A.G.贝尔在美国建国100周年博览会上展示了他所发明 的有线电话。 此后,有线电话便迅速普及开来。共二十八页 广播 1906年，美国费森登用50千赫频率发电机作发 射机，使大西洋航船上 的报务员听到了他从波士顿播出的音乐。 1919年，第一个无线电广播电台在英国建 成。次年 ，在美国的匹兹堡又建成一座无线电广

6、播 电台。 电视 1884年，德国尼普科夫提出机械扫描电视的设 想，1927年，英国贝尔德用电话线路把图像从 伦敦传至大西 洋中的船上，兹沃霄金在1923和1924 年发明了摄像管和显像管，1931年，组装(z zhun)成世 界上 第一个全电子电视系统。共二十八页作为理论物理学的一个重要研究分支，主要致力于统一场理论和微观(wigun)量子电动力学的研究。电磁场与波的主要(zhyo)研究领域 作为无线电技术的理论基础，集中于三大类应用问题的研究。四、电磁场与波理论的主要研究领域共二十八页三大类应用问题： 电磁场（或电磁波）作为能量的一种形式，是 当今世界最重要(zhngyo)的能源，其研究领

7、域涉及电磁 能量的产生、储存、变换、传输和综合利用。 电磁波作为信息传输的载体，成为当今人类社 会发布和获取信息的主要手段，主要研究领域 为信息的产生、获取、交换、传输、储存、处 理、再现和综合利用。 电磁波作为探测未知世界的一种重要手段，主 要研究领域为电磁波与目标的相互作用特性、 目标特征的获取与重建、探测新技术等。 共二十八页磁控管915MHz2450MHz共二十八页 雷达的学名叫“电磁波探测器”，它通过放出间歇性的电磁波，接收返回的电磁波，根据时间差就可以求出物体(wt)运动的速度与其距离本基地的位移。共二十八页共二十八页磁悬浮列车共二十八页中国(zhn u)首辆载人高温超导磁悬浮试验

8、车共二十八页回旋(huxun)加速器共二十八页波振动源波的形成水波声波电磁波木杆的上下振动发音体的往复振动导体中有方向、大小变化很快的电流通过水使振动向外传播，形成水波通过空气使振动向外传播，形成声波电场磁场相互激发形成电磁波五、电磁波与通信(tng xn)的关系共二十八页电磁波有红外线、可见光、紫外线、X射线(shxin)、射线(shxin)等。各种光线和射线(shxin)，也都是波长不同的电磁波。其中以无线电的波长最长，宇宙射线(shxin)的波长最短。 共二十八页无线电广播和电视的通信过程1电磁波的发射发射电磁波是利用它作为传递信号的载体（载波），正如放飞信鸽(xng)是为了用信鸽(xn

9、g)来传送信件一样。振荡器产生高频振荡电流（似可以远飞的信鸽(xng)）；通过话筒把要传递的声音信号转变为音频电信号（似要送出的信件），但这个音频电信号不能直接用来发射电磁波，通常用调制器把音频电信号叠加在高频振荡电流上，从而获得“已调制信号”高频调幅电磁波（似把信件绑在信鸽(xng)的身上）；最后，由发射天线发射电磁波（似信鸽(xng)的放飞）。共二十八页 2电磁波的接收（1）利用放在电磁波传播空间中的导体天线，可以接收到电磁波。（2）由于天线对所有传播过来的电磁波都能接收，如果把它们全部转变成声音，那只是一片嘈杂声，什么也听不清楚。（3）为了从众多的电磁波中选取我们所需要的某一频率的电磁波

10、，在通信技术中是用“调谐(tioxi)装置”来完成的。“调谐(tioxi)”类似于发声体之间的共鸣现象。共二十八页取两个(lin )频率相同的音叉A和B，使它们的共鸣箱开口相对，用橡皮槌敲音叉A使它振动发声，然后用手捏住A的叉股，使它停止振动，这时我们就会听到音叉B振动发出的声音。共二十八页（4）如果把调谐选择出来的频率很高的电信号，直接送入耳机，不能使耳机发出声音。要听到声音，还需要从高频电信号中“检”出声音信号来，使耳机的膜片依声音信号而振动，这个过程叫做“检波”（似把信件从信鸽的身上取下）。（5）从检波器出来的电流进入扬声器，就还原成声音了。 （6）传真、电视的基本思想是把一幅图像分解为

11、许多点（像素），把每个点的亮暗、颜色变成一个电信号传送出去；接收机再把电信号还原成一定(ydng)暗亮、颜色的点，重新组成一幅图像。共二十八页六、学习(xux)的目的、方法及其要求掌握宏观电磁场的基本属性和运动规律掌握宏观电磁场问题的基本求解方法了解宏观电磁场的主要应用领域及其原理训练分析问题、归纳问题的科学(kxu)方法培养用数学解决实际问题的能力独立完成作业，做好课堂笔记精读一至二本教学参考书共二十八页七、主要(zhyo)参考书【1】 郭辉萍等，电磁场与电磁波，西安电子科技大学出版社【2】 马冰然，电磁场与微波技术（上册），华南理工大学出版社【3】谢处方(chfng)，电磁场与电磁波，高等教育出版社【4】邹澎等，电磁场与电磁波，清华大学出版社【5】毛均杰等，电磁场理论，国防科技大学出版社共二十八页内容摘要电磁场与波。（1） 是否产生机械作用，且不同的场有不同的特征性质。1746年达朗贝尔发表了论文张紧的弦振动形成的曲线研究，在这篇论文里，他首先提出了波动方程，并于1750年证明了它们的函数关系。1763年，他进一步讨论了不均匀弦的振动，提出了广义的波动方程。18世