电磁场理论发展简史课件

电磁场理论电磁场理论第一类参考书2教材：教材：电磁场理论基础（第2版），陈重等著，北京理工大学出版社 辅导书：辅导书：电磁场理论基础概念题解与自测，胡冰等著，北京理工大学出版社成绩评定3总成绩总成绩=期末考试（期末考试（50%50%）+作业及平时出勤（作业及平时出勤（40%)40%)+实验实验 （10%10%）6060分以下为不及格，分以下为不及格，6060分（含）分（含）7070分为及格，分为及格，7070分（含）分（含）8080分为中等，分为中等，8080分（含）分（含）9090分为良好，分为良好，9090分（含）分（含）100100分为优秀。分为优秀。若期末考试卷面成绩（百分制）低于若期末考试卷面成绩（百分制）低于5050分，则总评成绩分，则总评成绩为不及格，总评成绩为卷面成绩经为不及格，总评成绩为卷面成绩经50%50%加权后的成绩。加权后的成绩。签到制度：签到制度：按照教务处规定，每8节课点一次名，上报教务处。12周需要签到8次课程教学目标4(1)(1)知悉电磁场理论的基本概念，理解概念间的区知悉电磁场理论的基本概念，理解概念间的区别与联系，了解电磁场理论的建立过程。别与联系，了解电磁场理论的建立过程。(2)(2)能够从复杂的工程问题中提取电磁场问题，并能够从复杂的工程问题中提取电磁场问题，并运用准确的电磁理论术语描述该问题。运用准确的电磁理论术语描述该问题。(3)(3)能够应用高等数学、数理方程、复变函数、矢能够应用高等数学、数理方程、复变函数、矢量分析等数学工具分析给定的电磁场问题，并得出量分析等数学工具分析给定的电磁场问题，并得出正确结论。正确结论。(4)(4)了解电磁场领域理论和应用研究的最新进展，了解电磁场领域理论和应用研究的最新进展，掌握工程实现掌握工程实现或或学术研究的基本流程，具备在简单学术研究的基本流程，具备在简单指导下完成工程任务指导下完成工程任务或或学术研究的基本能力。学术研究的基本能力。课程教学目标5p 掌握掌握专业术语专业术语p 培养物理与数学间相互培养物理与数学间相互“翻译翻译”的能力的能力 能看懂公式并理解公式所包含的能看懂公式并理解公式所包含的物理概念物理概念p 对电磁场理论有全局观对电磁场理论有全局观 在生产实践和科学技术领域内发现电磁问题在生产实践和科学技术领域内发现电磁问题p 能查阅并看懂有关的技术资料能查阅并看懂有关的技术资料或或学术论文学术论文p Are you ready?基本准备高等数学、数理方程、复变函数、矢量分析（高等数学、数理方程、复变函数、矢量分析（补补充讲授充讲授）；）；课堂授课总计课堂授课总计6060学时；课外大约学时；课外大约180180学时自学、学时自学、9090学时作业；学时作业；以自学为主、以讲授为辅、以复习概念为线索、以自学为主、以讲授为辅、以复习概念为线索、以数学运算与拓展为重点；以数学运算与拓展为重点；通过课后作业练习加深对基础知识的掌握通过课后作业练习加深对基础知识的掌握,提高解提高解题的方法和技巧；（题的方法和技巧；（5%5%挂科率挂科率）思想上重视，该课程是后续专业课程微波技术基思想上重视，该课程是后续专业课程微波技术基础、天线理论与技术、微波电子线路、微波测量础、天线理论与技术、微波电子线路、微波测量和电磁兼容基础等课程的先修课程。和电磁兼容基础等课程的先修课程。课程目录与学时分配矢量分析矢量分析数学工具静电场静电场E（x,y,z,t0）恒定电场和电流恒定电场和电流J（x,y,z,t0）恒定磁场恒定磁场H（x,y,z,t0）静态场边值问题静态场边值问题（考虑环境影响）电磁感应电磁感应（电场与磁场的相互作用）8学时62572课程目录与学时分配矢量分析矢量分析数学工具时变电磁场时变电磁场E（x,y,z,t）H（x,y,z,t）平面电磁波平面电磁波（在自由空间传播）导行电磁波导行电磁波（在传输线中传播）电磁波辐射电磁波辐射（天线）（传输线与自由空间电磁波的相互转换）5学时10学时5学时5学时电磁场理论的地位https:/en.wikipedia.org/wiki/W_and_Z_bosons电磁场理论的地位https:/en.wikipedia.org/wiki/Theory_of_everything电磁场理论的地位所有四种力都有所有四种力都有“电磁电磁”和和“磁场磁场”自然界存在四种基本力，即自然界存在四种基本力，即强力、强力、电磁力电磁力、弱力弱力和和引力引力。力既是相互作用。力既是相互作用。电磁场理论的地位麦克斯韦方程组静电学静磁学电磁波基尔霍夫定律非时变:几何光学传输线理论其他学科参数输入条件：长线理论电磁场理论发展简史电磁理论发展史参考资料http:/ 公元前公元前600年）发现的一种现象：一块琥珀经过摩擦后会吸引年）发现的一种现象：一块琥珀经过摩擦后会吸引草屑。草屑。琥珀：来源于希腊文琥珀：来源于希腊文electron,所以，英语所以，英语electron电子、电子、electricity 电学、电学、electrostatic field 静电场，静电场，凡带凡带“电电”都有词头都有词头“electron”。这一部分实际。这一部分实际是静电学。是静电学。电磁场理论发展简史2、磁学（、磁学（Magnetism）希腊人在希腊人在Magnasia岛上发现该岛的石块吸引牧羊鞭，所岛上发现该岛的石块吸引牧羊鞭，所以磁学命名为以磁学命名为Magnetism 天然天然“石块石块”吸引铁钉现象：这种吸引铁钉现象：这种“石块石块”对铁有吸引对铁有吸引力，在铁钉附件放此力，在铁钉附件放此“石块石块”铁钉就扑向石块铁钉就扑向石块，好的慈，好的慈母对婴儿的吸引一样。母对婴儿的吸引一样。“石块石块”铁钉铁钉 慈母慈母 婴儿婴儿 这石块取名为这石块取名为“慈石慈石”，后衍化为，后衍化为“磁石磁石”。公元前三世纪：公元前三世纪：吕氏春秋吕氏春秋：慈石召铁，石，铁之母者。：慈石召铁，石，铁之母者。电磁场理论发展简史3、电磁学（、电磁学（electromagnetism）19世纪以前，电、磁现象作为两个独立的物理现象，没世纪以前，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。但是这些研究为电磁学理论的建立奠有发现电与磁的联系。但是这些研究为电磁学理论的建立奠定了基础。定了基础。在电磁场理论的发展过程中奥斯特、在电磁场理论的发展过程中奥斯特、富兰克林、富兰克林、库仑库仑、安培安培、泊松、高斯、楞次、泊松、高斯、楞次、法拉第法拉第、韦伯、洛伦兹、韦伯、洛伦兹、麦克斯麦克斯韦韦、汤姆孙、密立根、汤姆孙、密立根、赫兹赫兹、马可尼马可尼.等很多人都作出了等很多人都作出了贡献。贡献。电磁场理论发展简史1785年，法国科学家库仑在实验规律的基础上，提出了第一个电学定律：库仑定律。使电学研究走上了理论研究的道路。电磁场理论发展简史1822年，法国科学家安培提出了安培环路定律，将奥斯特的发现上升为理论。电磁场理论发展简史1831年，英国实验物理学家法拉第发现了电磁感应定律。并设计了世界上第一台感应发电机。电磁场理论发展简史电磁场理论发展简史1888年，德国的物理学家赫兹首次用人工的方法产生了电磁波。电磁场理论发展简史24电磁场理论发展简史电磁场理论发展简史电磁场理论的创立过程：观察现象好奇心；提出问题洞察力；猜测答案猜想、假设、想象力；设计实验测量实践、动手能力；归纳寻找关系、发现规律物理描述；形成定理、定律(需要引进新的物理量或模型，找出新的内容，正确表述)数学描述；考察成立条件、适用范围、精度、理论地位及现代含义等数学描述；创造新应用好玩、利益驱动什么是电磁场？电磁场理论的研究对象：电荷、电流产生电场、磁场的规律;电场和磁场的相互联系;电磁场对电荷、电流的作用;电磁场对物质的各种效应。什么是电磁场理论：1.电磁场理论是研究电荷及其运动规律的学科，是宏观电磁现象的普遍规律。2.以完备数学工具为基础对宏观电磁物理量的空间分布进行定量分析的基础学科。什么是电磁场？电场存在于电荷周围，能传递电荷与电荷之间相互作用的物理场。磁场电荷的运动形成电流，电流周围存在磁场，磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的。电动力学-非接触力与相对论、量子力学具有承接性和关联性。电磁场电场和磁场的统称。变化着的电场和磁场往往同时并存，并且互相转化，形成电磁波。什么是电磁场？头脑风暴：电磁场/波有哪些用处？拓展问题：水波、引力波和电磁波有什么不同？电磁频谱电磁频谱电磁频谱的管理电磁频谱的管理 避免相邻的同频无线电系统产生有害的干扰 如果使用相同频率，相邻的无线电系统之间就会产生干涉。如果任何人和任何机构都可以随意发射无线电波的话，电磁环境将严重恶化，谁也没法通信。世界上的所有国家都规定，任何企业、单位、团体和个人需要向开放空间发射无线电波都必须向政府主管部门提出频率使用申请，经过审查后获得使用许可，并且严格按照政府主管部门分配的频率和时段频率和时段发射无线电波。通过对电磁频谱的管理，还可以避免占而不用，使用不充分等浪费频率资源的现象。普通无普通无线电波线电波微微波波 红外线红外线 可见光可见光 紫外线紫外线 射线射线 射线射线无线电波无线电波f=3106310123.910147.510143101731019微微 波：波：频率高、波长微小的电磁波，频率高、波长微小的电磁波，在电子信息应用在电子信息应用领域中常用的波段。领域中常用的波段。micro +wave microwavef=0电磁频谱电磁频谱频段频率波长P波段0.231GHz13030cmL波段12GHz3015cmS波段24GHz157.5cmC波段48GHz7.53.75cmX波段812.5GHz3.752.4cmKu波段12.818GHz2.41.67cmK波段1826.5GHz1.671.13cmKa波段26.540GHz1.130.75cm毫米波30300GHz101mm太赫兹波3003000GHz10.1mm电磁频谱电磁频谱微微波波电磁频谱电磁频谱电磁频谱电磁频谱电磁波种类无线电波红外线可见光紫外线伦琴射线射线频率 Hz1043101210123.910143.910147.510147.5101451016310163102031019以上真空中波长（m）310410-4310-47.710-77.710-7410-7410-7610-910-810-1210-11以下观察方法无线电技术利用热效应 激发荧光 利用贯穿本领照相底片感光（化学效应）核技术产生机理产生机理LC电路中电路中自由电子的自由电子的的振荡的振荡原子的外层电子受到激发原子的外层电子受到激发原子的原子的内层电内层电子受到子受到激发激发原子核受原子核受到激发到激发用途通讯广播导航加热烘干、遥测遥感，医疗，导向等照明照相加热等日光灯，黑光灯手术室杀菌消毒，治疗皮肤病等检查探测，透视，治疗等探测，治疗等电磁频谱电磁频谱电磁波与物质相互作用电磁波与物质相互作用应用领域应用领域三大典型应用方式三大典型应用方式应用领域应用领域 电磁场（或波）为电磁场（或波）为能量能量一种形式，是当今世界一种形式，是当今世界 最重要的能源，其研究领域涉及电磁能产生、最重要的能源，其研究领域涉及电磁能产生、存储、变换、传输和应用存储、变换、传输和应用.微波加热及烘干应用领域应用领域 电磁波作为电磁波作为信息的载体信息的载体，成为当今社会发布和获，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、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、储存、处理、再现和应用获取、交换、传输、储存、处理、再现和应用.卫星通信技术 苏联于1957年10月4日于拜科努尔航天中心发射升空的史泼尼克1号（俄语：-1，又称“卫星一号”，俄语名原意“旅行者”，或按音译“史泼尼克”）是第一颗进入地球轨道的人造卫星。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。应用领域应用领域 电磁波作为电磁波作为探测未知世界探测未知世界的一种重要手的一种重要手 段，主要研究领域为电磁波与目标的相段，主要研究领域为电磁波与目标的相 互作用特性、目标探测及其特征的获取互作用特性、目标探测及其特征的获取雷达（Radio Detection and Ranging,Radar）1922年，意大利科学家G马可尼发表了无线电波能检测物体的论文，是雷达最早的基本概念。雷达作为一种探测目标的电子设备，产生于二次世界大战。雷达的英文RADAR是 Radio Detection And Ranging的缩写，意为 “无线电探测和测距”。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，使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，能消除背景干扰显示运动目标的显示技术发明,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。雷达雷达(二戰二戰，19391939年至年至19451945年年间的发展间的发展)卫星定位技术（Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System 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。应用领域应用领域安全检测应用领域应用领域安全检测应用领域应用领域安全检测下课下课