电磁场及其应用分解课件

1、2022/8/1第三讲 电磁场及其应用2022/8/1本讲主要内容3. 电磁学应用1. 电磁波的发现2. 电磁波2022/8/1赫兹（1857-1894）H.R.Hertz德国物理学家基尔霍夫和亥姆霍兹的学生1880年获博士学位1885年发现电磁波 在麦克斯韦逝世9年后的1888年，赫兹通过实验证实了电磁波的存在。这样由法拉第开创，麦克斯韦建立，赫兹验证的电磁场理论向全世界宣告了它的胜利。 后人为了纪念他，把频率的单位定为赫兹。1. 电磁波的发现2022/8/1插曲：在此七年前，一位叫戴维的人也接收到了电磁波信号，他随即向英国皇家协会会长斯托克斯汇报，但斯托克斯认为这只是普通的电磁感应现象，戴

2、维过于迷信权威，对于这一天赐良机未与重视，使发现被埋没了。 2022/8/1 1878年夏，柏林大学物理学教授亥姆霍兹提出：用实验方法来验证麦克斯韦理论的正确性。1886年10月，赫兹在做一个放电实验过程中，偶然发现近旁一个线圈中也发出火花。赫兹实验2022/8/1 赫兹实验装置：将两个用空气隙隔开的金属小球接上高压交流电，使电荷交替地涌入两个小球，当两个小球电势差最大时，就有电火花跳过空气隙。另用一根导线弯成环形，线的两端之间也有空气隙，做成了一个能探测电磁波的检波线圈。 结论：电流的能量能跨越空间，从发生器送到接收器。2022/8/1 无线电报(1901年) 广播(1906年) 电话(19

3、16年) 传真(1923年) 电视(1929年) 微波(1933年) 雷达(1935年) 卫星通讯 电子计算机因特网电磁波的技术成果电磁波的发现2022/8/1 电磁波是能量的一种，凡是能够释放出能量的物体，都会放射出电磁波。 电与磁是一体两面，变化的电激发出磁，变化的磁则会产生电。电磁的变化就如同微风轻拂水面产生水波一般，因此被成为电磁波。每秒变化的次数便是频率。 电磁波频率低时，主要藉有形的导电体才能传递；频率渐提高时，电磁波就会外溢到导体之外，不需要介质也能向外传递能量，這就是一种辐射。真空中电磁波的传播速度：2. 电磁波电磁波2022/8/1电磁波谱2022/8/1无线电波波长最长的电

4、磁波，波长从几千米到几毫米。广播电台：中波 （5351605 kHz），短波（224 MHz）；亚太地区卫星广播（11.7-12.2kMHz）；调频广播（88108 MHz）电磁波2022/8/1FM 107.7 Music Radio（中央电台音乐之声第三套）FM 106.7 青浦电台（郊区电台）FM 106.5 浦东电台（郊区电台）FM 105.7 上海电台交通频率（AM648）FM 105.1 金山电台（郊区电台）FM 104.5 东广新闻台（东方广播电台） （AM1296）FM 103.7 Love Radio（东方电台流行音乐频率）FM 102.7 闵行电台（郊区电台）FM 101.

5、7 动感101（东方电台流行音乐频率）FM 100.9 松江电台（郊区电台）FM 100.3 南汇电台（郊区电台）FM 99.6 浙江电台文艺频率可听级FM 99.0 中央电台中国之声（第一套）（AM540）FM 98.1 东方明珠移动电视MMTV（电视伴音）FM 97.7 第一财经广播频率（东方电台财经频率）（AM1422）上海地区调频电台频率（MHz）2022/8/1FM 97.4 浙江电台新闻综合频率可听级 （AM810）FM 96.8 开心调频（上海电台文艺频率）FM 96.2 宝山电台（郊区电台）FM 95.9 奉贤电台（郊区电台）FM 95.3 江苏电台频率FM 94.7 经典94

6、7（东方电台经典音乐频率）FM 94.0 上海五星体育广播FM 93.4 990新闻频率（上海人民广播电台）（AM990）FM 92.4 海上戏剧（上海电台戏剧频率）（AM1197）FM 91.4 中央电台经济之声（去年12月底开始在上海转播）（AM855）FM 89.9 都市792（东方电台都市频率）（AM792）FM 88.9 常熟电台可听级FM 87.9 中国国际广播电台轻松调频（CRI Easy FM） 2022/8/1微波 微波是频率在300兆赫到300千兆赫的电磁波（波长1米1毫米）,通常用于电视、广播、通讯技术中。 把微波作为一种能源，又拓展了一个分支技术，在工农业上可进行加热、

7、干燥、杀菌；在化学工业中进行催化、萃取等化学反应和激发等离子体；等等2022/8/1蓝牙技术 蓝牙技术在全球通用的2.4GHz ISM（工业、科学、医学）频段，蓝牙的数据速率为1Mb/s。从理论上来讲，以2.45GHz ISM波段运行的技术能够使相距30m以内的设备互相连接，传输速率可达到2Mb/s，但实际上很难达到。应用了蓝牙技术“plonk and play”的概念，有点类似“即插即用”的概念，任意蓝牙技术设备一旦搜寻到另一个蓝牙技术设备，马上就可以建立联系，而无须用户进行任何设置，可以解释成“即连即用”。这在无线电环境非常嘈杂的环境下，它的优势就更加明显了。蓝牙技术的另一大优势是它应用了

8、全球统一的频率设定，这就消除了“国界”的障碍。 2022/8/1 ISM频段是对所有无线电系统都开放的频段，因此使用其中的某个频段都会遇到不可预测的干扰源。例如某些家电、无绳电话、汽车房开门器、微波炉等，都可能是干扰。为此，蓝牙技术特别设计了快速确认和跳频方案以确保链路稳定。跳频技术是把频带分成若干个跳频信道（hop channel），在一次连接中，无线电收发器按一定的码序列不断地从一个信道跳到另一个信道，只有收发双方是按这个规律进行通信的，而其它的干扰不可能按同样的规律进行干扰；跳频的瞬时带宽是很窄的，但通过扩展频谱技术使这个窄带或成倍地扩展成宽频带，使干扰可能的影响变成很小。与其它工作在相

9、同频段的系统相比，蓝牙跳频更快，数据包更短，这使蓝牙技术比其它系统都更稳定。海蒂.拉玛 （Hedy Lamarr)2022/8/1红外线热效应显著能透过浓雾或较厚的气层而不易被吸收。红外照相、红外雷达、红外光谱分析。人体温 (310K)，不断辐射9微米的红外线。2022/8/1可见光波长范围：（400 nm760 nm）能引起人们的视觉，称为光波。电磁波2022/8/1紫外光波长范围：（10 nm-400 nm） 紫外线有明显的生物作用，可用来杀菌；对许多昆虫特别敏感，农村中用紫外灯来诱捕害虫；紫外线还会引起化学反应，使照相底片感光等。2022/8/1X射线 波长范围（0.01nm-10nm）

10、 具有很强的穿透能力，可用来透视人体内部的病变情况或检查金属材料内部的缺陷和分析晶体的结构，也可以破坏细胞结构等。电磁波2022/8/1射线的穿透能力比X射线更强，也可用于金属探伤。比X射线更能破坏细胞结构。射线2022/8/1产生与传播t0+EE电偶极子的某一对电力线+HEE两电荷相遇,电力线闭合,产生涡旋电场并激发磁场.t4T+2TtHEHE振荡电偶极子完成正半周的振荡+HEHE34tTHEHE正 负电荷反向相遇时新产生的涡旋电场绕向与t=T/4时的相反.+2T4tTHEHE变化的电场和变化的磁场相互激发,相互感生,向外传播.+4t0T两电荷相对靠近,电力线相对向外扩展.EE+34tT2T

11、振荡电偶极子进行负半周的振荡HEHE（5）电磁波的产生2022/8/1过程浏览+EE+EEHEEHH+EEt=0t=T/4过程浏览EEHH+EEHH+HHEEEEHHt=T/2t=3T/42022/8/1振子的近场EH+极轴 在子午面(一系列包含极轴的平面)内.E在与赤道面平行的平面内.H振荡电偶极子发射的电磁波2022/8/1续上EHOEEHHO+rr+振荡电偶极子发射的电磁波 在子午面(一系列包含极轴的平面)内.E在与赤道面平行的平面内.H传播方向 沿的方向.rEH 与 相互垂直.EH波场中任一点的+极轴2022/8/1 物体具有吸收、反射、散射、辐射和透射电磁波的本领，不同物体吸收、反射

12、、辐射电磁波的波长不同，称为物体的光谱特征，它是遥感技术的基本原理，即利用物体的光谱特征与遥感探测器探测到该物体辐射或反射的电磁波进行比较得到该物体信息的技术。遥感技术3. 电磁学应用2022/8/1a. 遥感仪：接收电磁波，如雷达，对目标发射电磁波，根据反射回来的波进行主动性的跟踪遥感。遥感技术三个组成部分：b. 运载工具：把遥感仪送到与被测物体保持一定距离和角度的地点去，称为遥感平台。c. 识别设备：如电子计算机、彩色合成仪、图象数字化仪器，用它处理和判读由遥感仪接收到的目标物体的信息特征。 2022/8/1发电机2022/8/1水利发电2022/8/1鸟类利用地磁场导航2022/8/1红

13、外线热像图2022/8/12022/8/1问题：在有磁场变化的空间，如果没有导体，那么，在此空间有没有电场？有没有感应电动势？问题：有一根很长的铜管垂直放置，有一根磁棒由管中垂直下落。试述磁棒的运动情况（与磁棒作自由落体作比较）。答案：有电场，但谈不上有感应电动势，因为电动势是对于电源而言的，现在这里只有空间，没有电源，当然也无电动势了。答案：磁棒下落将在铜管内产生感应电流（涡流），根据楞次定律，感应电流相当于产生另一根磁棒，阻碍原来磁棒的下落。所以磁棒不会作自由落体运动。2022/8/1课堂习题1. 如果你用梳子梳头使梳子带电，然后以1赫的频率前后摆动这把梳子，会产生一个电磁波吗？波速将是多少？频率是多少？波长多长？ 2. 做出估计： 光从你室内的电灯到你的眼睛大约要化多长时间？2022/8/1课堂提问：如果你用梳子梳头使梳子带电，然后以1赫的频率前后摆动这把梳子，会产生一个电磁波吗？波速将是多少？频率是多少？波长多长？ 答案：是的，会产生一个电磁波，其波速为3108米/秒，频率为1赫。由于每秒产生一个完整的波而波以3108米/秒的速率向外传播，所以波长一定是3108米。 2022/8/1课堂提问： 电磁波的频率为109赫。这是多少兆赫？多少千赫？它在你的收音机的刻度盘上吗？ 答案： 1000兆