电磁场与电磁波电磁场绪论

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1、<<电磁场与电磁波>>（第四版）电子教案一、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♥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

2、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

3、直的，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

4、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。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。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

5、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

6、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。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

7、国的匹兹堡城又建成一座无线电广播电台。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。卫

8、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。卫星定位技术:1957年