电磁场与电磁波教学教案(中文版).ppt

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1、电场和磁场前言运动电荷或电流产生的场表现为对于磁铁和载流导体有力的作用，这种物质称为磁场。不随时间变化的磁场称为恒定磁场。静止电荷产生的场表现为对于带电体有力的作用，这种场称为电场。不随时间变化的电场称为静电场。如果电荷及电流均随时间改变，它们产生的电场及磁场也是随时间变化的。时变的电场与时变的磁场可以相互转化，两者不可分割，它们构成统一的时变电磁场。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。电磁波静电场与恒定磁场相互无关、彼此独立，可以分别进行研究。因此，本书先讨论静电场和恒定磁场，然后再介绍时变电磁场。物质属性电磁场与电磁波既然是一种物质，它的存在和传播无需依赖于任

2、何介质。电磁场与电磁波是客观存在的一种物质，因为它具有物质的两种重要属性：能量和质量。但是，电磁场与电磁波的质量极其微小，因此，通常仅研究电磁场与电磁波的能量特性。对于电磁场与电磁波来说，真空环境通常被称为“自由空间”。当空间存在介质时，在电磁场的作用下介质中会发生极化与磁化现象，结果在介质中又产生二次电场及磁场，从而改变了介质中原先的场分布，这就是场与介质的相互作用现象。场与介质先介绍真空中的电磁场，然后再讨论介质中的电磁场。电荷及电流是产生电磁场惟一的源。场与源研究场与源的关系是电磁理论的基本问题之一。引入磁荷及磁流的概念是十分有益的，但是，它们仅是假想的。时代发明者现象公元前60

3、0年希腊人摩擦后琥珀吸引微物体公元前300年中国人磁石吸铁1785年法国库仑(1736—1806)电荷之间的作用力库仑定律1820年丹麦奥斯特(1777—1851)电流产生磁场1820年法国安培(1775—1836)电流之间的作用力安培定律1831年英国法拉第(1791—1867)时变磁场产生时变电场电磁感应定律历史的回顾1873年英国科学家麦克斯韦（1831—1879）提出了位移电流的假设，认为时变电场可以产生时变磁场，并建立了严格的数学方程——麦克斯韦方程。重大突破麦克斯韦预言电磁波的存在，后来在1887年被德国物理学家赫兹（1857—1894）的实验证实。俄国的波波夫及意大利的马

4、可尼于19世纪末先后发明了使用电磁波作为信息载体的传输技术。电磁场与波的应用当今的无线通信、广播、雷达、遥控遥测、微波遥感、无线广域网、无线局域网、卫星定位以及光纤通信等信息技术都是利用电磁波作为载体传输信息的。静电复印、静电除尘以及静电喷漆等技术都是基于静电场对于带电粒子具有力的作用。电磁铁、磁悬浮轴承以及磁悬浮列车等，都是利用磁场力的作用。世界首辆载人高温超导磁悬浮试验车西南交通大学应用超导研究所研制Stable!Stable!磁场力的应用B2隐形轰炸机ir反射定律的应用StealthFighterF-117立体电影电磁波极化特性的应用全球定位系统GlobalPositioni

5、ngSystem(GPS)信息载体的应用*2004年无线上网的设备达到15亿部。*2004年60%美国人在工作中使用无线设备。*2005年全世界无线上网的人数达到4.8亿。*2007年美国无线商务用户超过1亿。*目前中国的手机用户已有5亿多。无线用户新技术的广泛应用促进了电磁理论的发展。由此创建了很多分析电磁场与电磁波的新方法，研制了很多电磁性能优越的新材料。相互促进，共同发展随着大容量的高性能及高速度计算机的出现，不但解决了很多电磁理论的计算问题，同时也萌生了计算电磁场与电磁波的新方法，从而形成计算电磁学的新学科。电磁单位本书采用国际单位制（SI）。在电磁学中，这种单位制的四个基本单

6、位是长度、质量、时间和电流。长度单位为m（米），质量单位为kg（千克），时间单位为s（秒），电流单位为A（安培）。对于正弦电磁场使用的时间因子为ejt。