电磁场与电磁波：绪论

电磁场与电磁波绪论电磁场与电磁波课程地位A类必修课2.5学分40学时教材电磁场与电磁波编者：杨儒贵高等教育出版社，2007年第二版参考教材BhagSinghGuru，电磁场与电磁波，机械工业出版社，2000年郭辉萍，电磁场与电磁波，西安电子科技大学出版社，2003年冯恩信，电磁场与波，西安交通大学出版社，1999年考核方式闭卷平时成绩20％卷面成绩80％讲授方式以多媒体教学结合板书的方式多媒体课件有一些例题的讲解，课本例题以自学为主，少量重要的、较大难度的板书讲授学时安排第一章6（含序论）第二章7第三章2第四章4第五章5第六章2第七章7第八章7对学习的要求不要求掌握绝大多数定律、公式的复杂推算过程，但是要求能够记住这些结论，能够利用这些结论去解题。要求理解基本的物理概念，不能把电磁场与电磁波纯粹当作一门数学课来学习，必须结合物理概念来理解学习。前导知识大学物理高等数学前言无线通信技术：雷达、广播、无线电视、移动通信、蓝牙、卫星通信、光纤通信。其技术基础都是与电磁场与电磁波密切相关磁悬浮火车电磁场和电磁波的物质性电磁场与电磁波是一种物质属性：能量和质量光是一种电磁波电场和磁场电场：静止电荷周围存在一种对带电体的力的作用，这种效应是由于电荷周围存在电场这种物质磁场：在运动电荷或电流周围存在着力的作用，除了由电场产生，还由磁场这种物质产生电磁波的形成时变电场与时变磁场之间的相互转化作用，在空间形成了电磁波，时变电磁场的能量就以电磁波的形式传播。电场和磁场的产生静止电荷产生电场运动电荷或电流产生电场和磁场电荷及电流是产生电磁场的源本课程采用国际单位制四个基本的单位：长度m米质量kg千克时间s秒电流A安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量子电动力学的研究。电磁

场的

主要

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。电磁场理论的主要研究领域三大类应用问题：♥

电磁场（或电磁波）作为能量的一种形式，是当今世界最重要的能源，其研究领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。

电磁场理论发展简史

1．电磁场理论的早期研究

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，没有发现电与磁的联系。但是由于这些研究（特别是伏打1799年发明了电池），为电磁学理论的建立奠定了基础。2．电磁场理论的建立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。他认为电就是宇宙的活力，是宇宙的灵魂；电、磁、光、热是相互联系的。奥斯特是谢林的信徒，他从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。安培发现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。法拉第在谢林的影响下，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，电可以对磁产生作用，磁也一定能够对电产生影响。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。这表明，电与磁之间存在着密切的联系。

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。在法拉第实验的基础上，总结了宏观电磁现象的规律，引进位移电流的概念。这个概念的核心思想是：变化着的电场能产生磁场；与变化着的磁场产生电场相对应。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，是经典电磁学的基本方程。3．电磁场理论的应用和发展

1887年，德国科学家赫兹用火花隙激励一个环状天线，用另一个带隙的环状天线接收，证实了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的发明。从此开始了电磁场理论应用与发展时代，并且发展成为当代最引人注目的学科之一。

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实验。1896年，波波夫进行了约250米距离的类似试验,1899年,无线电报跨越英吉利海峡的试验成功；1901年，跨越大西洋的3200公里距离的试验成功。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。

广播

1906年，美国费森登用50千赫频率发电机作发射机，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他从波士顿播出的音乐。1919年，第一个定时播发语言和音乐的无线电广播电台在英国建成。次年，在美国的匹兹堡城又建成一座无线电广播电台。

电视

1884年，德国尼普科夫提出机械扫描电视的设想，1927年，英国贝尔德成功地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

年相继发明了摄像管和显像管。1931年，他组装成世界上第一个全电子电视系统。雷达（RadioDetectionandRanging）二次世界大战前夕，飞机成为主要进攻武器。英、美、德、法等国竞相研制一类能够早期警戒飞机的装置。1936年，英国的瓦特设计的警戒雷达最先投入了运行。有效地警戒了来自德国的轰炸机。1938年，美国研制成第一部能指挥火炮射击的火炮控制雷达。1940年，多腔磁控管的发明，微波雷达的研制成为可能。1944年，能够自动跟踪飞机的雷达研制成功。1945年，能消除背景干扰显示运动目标的显示技术的发明,使雷达更加完善。在整个第二次世界大战期间,雷达成了电磁场理论最活跃的部分。卫星通信技术

1958年,美国发射低轨的“斯科尔”卫星成功,这是第一颗用于通信的试验卫星。1964年,借助定点同步通信卫星首次实现了美、欧、非三大洲的通信和电视转播。1965年,第一颗商用定点同步卫星投入运行。1969年,大西洋、太平洋和印度洋上空均已有定点同步通信卫星,卫星地球站已遍布世界各国，这些卫星地球站又和本国或本地区的通信网接通。卫星通信经历10年的发展，终趋于成熟。

卫星定位技术

1957年卫星发射成功后，人们试图将雷达引入卫星，实现以卫星为基地对地球表面及近地空间目标的定位和导航。1958年底，美国开始研究实施这一计划，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。它是英文NavigationSatelliteTimingandRanging/GlobalPositioningSystem的字头