电磁场与电磁波.ppt
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一、课程简介二、电磁场理论的主要研究领域三、磁场理论发展简史四、电磁场理论的主要研究对象五、课程体系六、教材与参考书目七、学习的目的、方法及其要求一、课程简介是高等学校电子信息类及电气信息类专业本科生必修的一门技术基础课,课程涵盖的内容是合格的电子、电气信息类专业本科学生所应具备的知识结构的重要组成部分。近代科学的发展表明,电磁场与电磁波基本理论又是一些交叉学科的生长点和新兴边缘学科发展的基础,而且对完善自身素质,增强适应能力和创造能力长远地发挥作用。电磁场与电磁波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(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。三、磁场理论发展简史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