电磁场-序论汇编

1、 电 磁 场 主讲(zhjing)：张志禹共四十一页第一(dy)讲 序 论 科学内涵和应用领域 发展历程与发展简史 主要研究对象和内容(nirng) 课程学习目的及要求 共四十一页科学内涵及应用领域共四十一页电磁场理论(lln)的科学内涵和应用领域1. 物理的一个分支(fnzh)学科： 电磁场属性与统一场理论 微观量子电磁现象及应用2. 无线电技术的理论基础： 电磁场与物质相互作用 信息传输新器件和系统 信息获取新方法和技术3. 电气工程学科理论核心: 电磁能量的产生转换 电磁能量的传输和储存 电磁场能的开发和应用 电磁场理论的学科内涵共四十一页 电磁场的主要(zhyo)应用领域 电磁场（或波

2、）为能量一种形式，是当今世界 最重要(zhngyo)的能源，其研究领域涉及电磁能产生、 存储、变换、传输和应用.共四十一页 电磁波作为信息的载体，成为当今社会发布和获 取信息的主要手段，研究内容包括信息的产生、 获取、交换、传输(chun sh)、储存、处理、再现和应用. 电磁场的主要(zhyo)应用领域共四十一页 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(txng)、目标探测及其特征的获取 电磁场的主要(zhyo)应用领域共四十一页 电磁场的主要(zhyo)应用领域共四十一页为什么要学习(xux)电磁场与电磁波共四十一页共四十一页共四十一页思考题:

3、1.为什么电磁波可作为(zuwi)信息载体? 2.作为信息载体有很多物理量,为 什么电磁波应用最广泛? 3.为什么电磁波可作为探测未知 物理世界的工具?共四十一页电磁场理论发展(fzhn)历程共四十一页电、磁现象是大自然最重要的往来现象，也最早被科学家们关心和研究的物理现象，其中贡献(gngxin)最大的有来顿、富兰克林、伏打等科学家。19世纪以前，电、磁现象作为两个独立的物理现象被广泛的关注和研究。正是由于这些研究为电磁学理论的建立奠定了基础。1. 电磁场理论(lln)的早期研究 共四十一页2电磁场理论(lln)的建立奥斯特是谢林的信徒，从1807年开始研究(ynji)电与磁之间的关系。18

4、20年发现电流以力作用于磁针18世纪末期，德国哲学家谢林认为,宇宙是有活力的, 而不是僵死的, 认为电是宇宙的活力和灵魂；电、磁、光、热现象是相互联系的。共四十一页安培发现(fxin)作用力的方向和电流的方向以及磁针到通过电流的导线的垂直线方向相互垂直，并定量建立了若干数学公式。这表明，电流与磁之间存在着密切的联系。2电磁场理论(lln)的建立共四十一页 法拉第相信电、磁、光、热是相 互联系的。奥斯特1820年发现 电流以力作用于磁针后，法拉第 敏锐地意识到磁也一定(ydng)能够对电 产生影响。1821年他开始探索磁 生电的实验,1831年他发现: 当磁捧插入导体线圈时,导线圈 中就产生电流

5、。这表明，电与磁 之间存在着密切的联系。2电磁场理论(lln)的建立共四十一页麦克斯韦深入研究并探讨了电与磁之间发生作用的问题，发展了场的概念。在法拉第实验(shyn)的基础上，总结了宏观电磁现象规律，引进位移电流的概念，提出了一组描述电磁现象规律的偏微分方程，即麦克斯韦方程组，建立了宏观经典电磁场理论。共四十一页1855年：开始(kish)致力于电磁学的研究1864年：电磁场的动力学理论1873年：电磁通论著作完成1873年: 经典宏观电磁场理论建立共四十一页3电磁场理论的发展(fzhn)和应用 德国科学家赫兹, 1887 年用火 花隙激励一个环状天线，用另 一个带隙的环状天线接收，证 实了

6、麦克斯韦关于电磁波存在 的预言，这一重要的实验导致了后来无线电报(wxin dinbo)的发明。从此开始了电磁场和电磁波理论的应用与发展时代。共四十一页无线电报(telegraph） 1895年，马可尼进行了2.5公里无线电报传送1896年，波波夫进行了250米的电报传送试验 1899年, 跨越(kuyu)英吉利海峡电报传送试验成功 1901年，跨越大西洋的3200公里的试验成功 马可尼成为1909年的诺贝尔奖得主共四十一页有线电话 （telephone) 1876年, 美国科学家贝 尔在美国建国(jin gu)100周年 博览会上展示了他所发 明的有线电话。共四十一页 广播(gungb) (

7、broadcasting ) 1906年，美国费森登用50 千赫的发电机作发射机， 用微音器接入天线实现调 制，使大西洋航船上的报 务员听到了广播播出的音乐。1919年第一个定时 的无线电广播电台在英国建成。共四十一页电视 (television video ) 1884年，德国尼普科夫提出机 械扫描电视的设想，1927年， 英国贝尔德成功用电话线路把 图像从伦敦传至大西洋中的船上。兹沃霄金在 1923年和1924年相继(xingj)发明了摄像管和显像管。 1931年，世界上第一个全电子电视系统出现。共四十一页雷达(lid)（Radar）雷达的英文RADAR是Radio Detection A

8、nd Ranging的缩写，意为无线电探测和测距 1922年，马可尼发表无线电波能检测物体的论 文，是雷达最早的概念。雷达作为一种探测目 标的电子设备，产生于二次世界大战。共四十一页1936年，英国设计警戒雷达(lid)投入了运行1938年，美国研制成第一部火炮控制雷达1940年，微波雷达的研制成为可能1944年，自动跟踪飞机的雷达研制成功1945年，显示运动目标的显示技术发明共四十一页卫星通信(satellite communications ) 1958年, 美国(mi u)低轨“斯科尔”卫星发射成功 1964年, 同步通信卫星实现了三大洲的通信 1965年, 第一颗商用定点同步卫星投入运

9、行 1969年, 卫星通信经历10年发展终趋于成熟共四十一页卫星定位(dngwi)技术 （Navigation Satellite Timing and Ranging/ Global Positioning System GPS）共四十一页卫星定位技术 GPS 1957年卫星发射成功后，以卫星为基地对地球表面及 近地空间目标的定位和导航成为可能。1958年底，美 国开始研究实施(shsh)这一计划，于1964年研究成功子午仪 卫星导航系统。1973年美国提出了由24颗卫星组成的 实用系统新方案，即GPS计划，1990年最终的GPS方 案是由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。共四十一页北斗

10、定位系统 北斗定位系统是我国建立的区域导航定位系统。北斗一代由三颗卫星、地面控制中心、用户三部分组成。功能为定位, 通信和授时. 北斗二代为全地定位系统, 2011年完成系统组网，基本具备运行(ynxng)能力。2020年完成建设任务。 共四十一页 电磁场研究的对象(duxing)与内容共四十一页 电磁场的属性及其运动规律 场与物质(wzh)的相互作用 电磁场系统的计算与仿真共四十一页 电磁能的开发与利用(lyng) 新器件与系统的开发 电磁场与波的其它应用共四十一页 学习目的、方法(fngf)及其要求共四十一页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分析方法了解宏观电磁场的

11、主要应用领域及原理训练分析、归纳和提炼问题的科学方法(fngf)培养用数学工具解决科学工程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四十一页课程(kchng)相关要求课程性质及安排专业基础课、必修课、40学时理论教学课程成绩考核(koh)方法闭卷考试80（作业平时考核）20%共四十一页王家礼、朱满座、路宏敏 .电磁场与电磁波基础西安电子科技大学出版社。 （配套(pi to)学习指导书）路宏敏、朱满座、赵永久.电磁场与电磁波基础，科学出版社.（普通高等教育“十一五”“十二五”国家级规划教材）教科书与参考书共四十一页主要(zhyo)参考书【1】 J. D. Kraus，Elect

12、romagnetism with Application（Fifth Edition）【2】 毕德显，电磁场理论，电子工业出版社【3】 郭硕鸿，电动力学（第三版）【4】 王蔷等，电磁场理论基础，清华大学出版社共四十一页本课程构架矢量分析(fnx)与场论电磁场电磁波；先修课高等数学、普通物理、工程数学后续支撑课程电机、电磁兼容、电能传输储存类相关课程。课程(kchng)构架共四十一页如何(rh)学习电磁场与电磁波科学问题，技术(jsh)问题，应用问题基本概念、基本原理、基本方法现代方法、软件学习理论与实际结合共四十一页内容摘要电 磁 场。发展历程与发展简史。存储、变换、传输和应用.。取信息的主要手段，研究内容包括信息的产生、。电、磁现象是大自然最重要的往来现象，也最早。大的有来顿、富兰克林、伏打等科学家。流的导线的垂直线方向相互。1901年，跨越大西洋的3200公里的试验成