《电磁场与电磁波》绪论

,绪 论,电磁场与电磁波,*,电子工程学院,唐 涛,电磁场与电磁波,1,自我介绍：,唐涛，1982年生，四川广安人,西南交通大学电磁场与微波技术研究所工学博士。,成都信息工程学院电子工程学院电子信息科学与技术教研室。,主要研究方向为天线与电波传播、计算电磁学、雷电电磁脉冲传播机理与防护。,2,一、课程的性质,二、电磁场理论的发展,三、电磁场理论的应用,四、内容安排,五、学习的目的、方法及其要求,六、主要参考书,3,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之一,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、探测未知世界的重要手段,一、课程的性质,电类专业学生必修的技术基础课,是电气工程师的必备知识,是电磁理论的重要组成部分,4,1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，也是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,赖顿、富兰克林、伏打,等科学家。,19世纪以前，电、磁现象一直作为两个独立的物理现象，没有人发现它们之间的相互联系。但是这些研究（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。,二、电磁场理论的发展,5,2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、电流的方向、磁针到通电导线的垂直方向是相互垂直的，并定量建立了若干数学公式。,6,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，当磁棒插入导体线圈时，线圈中就会产生电流。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述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。,7,3电磁场理论的发展,在麦克斯韦方程建立后的一百多年里,随着科学技术的发展，电磁理论得到了广泛的应用和发展，尤其近30年来，,无线电电子学、计算机和网络技术,的飞速发展，,生物电磁学、环境电磁学,和,电磁兼容,等学科的建立，向电磁理论提出了许多新的研究课题，使现代电磁理论得到了迅速的发展。,8,1887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。,三、电磁场理论的应用,9,无线电报,:,1895年，意大利,马可尼,成功地进行了2.5km距离的无线电报传送实验；1896年，,波波夫,进行了约250m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3200km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。,10,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。,广播,:,1906年，美国,费森登,用50kHz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。,11,雷达,:,第,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，使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。,12,卫星通信技术,:,1958年，美国发射低轨道,“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。,13,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。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。,14,其他应用,：,阴极射线示波器，喷墨打印机，矿物的分选，磁分离器，回旋加速器，磁流体发电机，电磁泵，磁悬浮列车，变压器，电磁炉，电磁式生物芯片，隐形飞机，电磁高速公路等等,15,矢量分析,电磁场的基本规律,静态电磁场及其边值问题的解,时变电磁场,均匀平面波在无界空间中的传播,均匀平面波的反射和透射,导行电磁波,电磁辐射,四、内容安排,根据纸质主教材，本教案也分八章,16,五、学习的目的、方法及其要求,掌握宏观电磁场的基本属性和运动规律,掌握宏观电磁波的传播规律,了解电磁波的辐射原理,掌握静态场问题的基本求解方法,训练分析问题、归纳问题的科学方法,培养用数学方法解决实际问题的能力,独立完成作业,17,六、主要参考书,【1】,谢处方，饶克谨.电磁场与电磁波（第3版）.北京：高等教育出版社，1999,【2】Liang Chi Shen,Jin Au Kong.Applied Electromagnetism.2nd ed.PWS,Publishing Company,1987,【3】John D.Kraus,Daniel A.Fleisch.Electromagnetics With Applications.5nd ed,（影印版）.北京：清华大学出版社，2001,【4】William H.Hayt,Jr.John A.Buck 著.工程电磁学（第六版）.徐安士,周乐柱,译.北京：电子工业出版社，2004,【5】Bhag Singh Guru,Hseyin R.Hiziroglu 著.电磁场与电磁波.周克定等译.北,京：机械工业出版社，2002,【6】杨儒贵.电磁场与电磁波.北京：高等教育出版社，2003,【7】赵家升，杨显清，王园.电磁场与波典型题解析及自测试题.西安：西北工业大,学出版社，2002,【8】冯林，杨显清，王园等编著.电磁场与电磁波.北京：机械工业出版社，2004,【9】杨显清，王园，赵家升.电磁场与电磁波（第4版）教学指导书.北京：高等教,育出版社，2006,18,