1、 電 磁 場 主講(zhjing)：張志禹共四十一頁第一(dy)講 序 論 科學內涵和應用領域 發展歷程與發展簡史 主要研究對象和內容(nirng) 課程學習目的及要求 共四十一頁科學內涵及應用領域共四十一頁電磁場理論(lln)的科學內涵和應用領域1. 物理的一個分支(fnzh)學科： 電磁場屬性與統一場理論 微觀量子電磁現象及應用2. 無線電技術的理論基礎： 電磁場與物質相互作用 信息傳輸新器件和系統 信息獲取新方法和技術3. 電氣工程學科理論核心: 電磁能量的產生轉換 電磁能量的傳輸和儲存 電磁場能的開發和應用 電磁場理論的學科內涵共四十一頁 電磁場的主要(zhyo)應用領域 電磁場（或波

2、）為能量一種形式，是當今世界 最重要(zhngyo)的能源，其研究領域涉及電磁能產生、 存儲、變換、傳輸和應用.共四十一頁 電磁波作為信息的載體，成為當今社會發布和獲 取信息的主要手段，研究內容包括信息的產生、 獲取、交換、傳輸(chun sh)、儲存、處理、再現和應用. 電磁場的主要(zhyo)應用領域共四十一頁 電磁波作為探測未知世界的一種重要手 段，主要研究領域為電磁波與目標的相 互作用特性(txng)、目標探測及其特征的獲取 電磁場的主要(zhyo)應用領域共四十一頁 電磁場的主要(zhyo)應用領域共四十一頁為什么要學習(xux)電磁場與電磁波共四十一頁共四十一頁共四十一頁思考題:

3、1.為什么電磁波可作為(zuwi)信息載體? 2.作為信息載體有很多物理量,為 什么電磁波應用最廣泛? 3.為什么電磁波可作為探測未知 物理世界的工具?共四十一頁電磁場理論發展(fzhn)歷程共四十一頁電、磁現象是大自然最重要的往來現象，也最早被科學家們關心和研究的物理現象，其中貢獻(gngxin)最大的有來頓、富蘭克林、伏打等科學家。19世紀以前，電、磁現象作為兩個獨立的物理現象被廣泛的關注和研究。正是由于這些研究為電磁學理論的建立奠定了基礎。1. 電磁場理論(lln)的早期研究 共四十一頁2電磁場理論(lln)的建立奧斯特是謝林的信徒，從1807年開始研究(ynji)電與磁之間的關系。18

4、20年發現電流以力作用于磁針18世紀末期，德國哲學家謝林認為,宇宙是有活力的, 而不是僵死的, 認為電是宇宙的活力和靈魂；電、磁、光、熱現象是相互聯系的。共四十一頁安培發現(fxin)作用力的方向和電流的方向以及磁針到通過電流的導線的垂直線方向相互垂直，并定量建立了若干數學公式。這表明，電流與磁之間存在著密切的聯系。2電磁場理論(lln)的建立共四十一頁 法拉第相信電、磁、光、熱是相 互聯系的。奧斯特1820年發現 電流以力作用于磁針后，法拉第 敏銳地意識到磁也一定(ydng)能夠對電 產生影響。1821年他開始探索磁 生電的實驗,1831年他發現: 當磁捧插入導體線圈時,導線圈 中就產生電流

5、。這表明，電與磁 之間存在著密切的聯系。2電磁場理論(lln)的建立共四十一頁麥克斯韋深入研究并探討了電與磁之間發生作用的問題，發展了場的概念。在法拉第實驗(shyn)的基礎上，總結了宏觀電磁現象規律，引進位移電流的概念，提出了一組描述電磁現象規律的偏微分方程，即麥克斯韋方程組，建立了宏觀經典電磁場理論。共四十一頁1855年：開始(kish)致力于電磁學的研究1864年：電磁場的動力學理論1873年：電磁通論著作完成1873年: 經典宏觀電磁場理論建立共四十一頁3電磁場理論的發展(fzhn)和應用 德國科學家赫茲, 1887 年用火 花隙激勵一個環狀天線，用另 一個帶隙的環狀天線接收，證 實了

6、麥克斯韋關于電磁波存在 的預言，這一重要的實驗導致了后來無線電報(wxin dinbo)的發明。從此開始了電磁場和電磁波理論的應用與發展時代。共四十一頁無線電報(telegraph） 1895年，馬可尼進行了2.5公里無線電報傳送1896年，波波夫進行了250米的電報傳送試驗 1899年, 跨越(kuyu)英吉利海峽電報傳送試驗成功 1901年，跨越大西洋的3200公里的試驗成功 馬可尼成為1909年的諾貝爾獎得主共四十一頁有線電話 （telephone) 1876年, 美國科學家貝 爾在美國建國(jin gu)100周年 博覽會上展示了他所發 明的有線電話。共四十一頁 廣播(gungb) (

7、broadcasting ) 1906年，美國費森登用50 千赫的發電機作發射機， 用微音器接入天線實現調 制，使大西洋航船上的報 務員聽到了廣播播出的音樂。1919年第一個定時 的無線電廣播電臺在英國建成。共四十一頁電視 (television video ) 1884年，德國尼普科夫提出機 械掃描電視的設想，1927年， 英國貝爾德成功用電話線路把 圖像從倫敦傳至大西洋中的船上。茲沃霄金在 1923年和1924年相繼(xingj)發明了攝像管和顯像管。 1931年，世界上第一個全電子電視系統出現。共四十一頁雷達(lid)（Radar）雷達的英文RADAR是Radio Detection A

8、nd Ranging的縮寫，意為無線電探測和測距 1922年，馬可尼發表無線電波能檢測物體的論 文，是雷達最早的概念。雷達作為一種探測目 標的電子設備，產生于二次世界大戰。共四十一頁1936年，英國設計警戒雷達(lid)投入了運行1938年，美國研制成第一部火炮控制雷達1940年，微波雷達的研制成為可能1944年，自動跟蹤飛機的雷達研制成功1945年，顯示運動目標的顯示技術發明共四十一頁衛星通信(satellite communications ) 1958年, 美國(mi u)低軌“斯科爾”衛星發射成功 1964年, 同步通信衛星實現了三大洲的通信 1965年, 第一顆商用定點同步衛星投入運

9、行 1969年, 衛星通信經歷10年發展終趨于成熟共四十一頁衛星定位(dngwi)技術 （Navigation Satellite Timing and Ranging/ Global Positioning System GPS）共四十一頁衛星定位技術 GPS 1957年衛星發射成功后，以衛星為基地對地球表面及 近地空間目標的定位和導航成為可能。1958年底，美 國開始研究實施(shsh)這一計劃，于1964年研究成功子午儀 衛星導航系統。1973年美國提出了由24顆衛星組成的 實用系統新方案，即GPS計劃，1990年最終的GPS方 案是由21顆工作衛星和3顆在軌備用衛星組成。共四十一頁北斗

10、定位系統 北斗定位系統是我國建立的區域導航定位系統。北斗一代由三顆衛星、地面控制中心、用戶三部分組成。功能為定位, 通信和授時. 北斗二代為全地定位系統, 2011年完成系統組網，基本具備運行(ynxng)能力。2020年完成建設任務。 共四十一頁 電磁場研究的對象(duxing)與內容共四十一頁 電磁場的屬性及其運動規律 場與物質(wzh)的相互作用 電磁場系統的計算與仿真共四十一頁 電磁能的開發與利用(lyng) 新器件與系統的開發 電磁場與波的其它應用共四十一頁 學習目的、方法(fngf)及其要求共四十一頁掌握宏觀電磁場的基本屬性和運動規律掌握宏觀電磁場問題的基本分析方法了解宏觀電磁場的

11、主要應用領域及原理訓練分析、歸納和提煉問題的科學方法(fngf)培養用數學工具解決科學工程問題的能力獨立完成作業，做好課堂筆記精讀一至二本教學參考書共四十一頁課程(kchng)相關要求課程性質及安排專業基礎課、必修課、40學時理論教學課程成績考核(koh)方法閉卷考試80（作業平時考核）20%共四十一頁王家禮、朱滿座、路宏敏 .電磁場與電磁波基礎西安電子科技大學出版社。 （配套(pi to)學習指導書）路宏敏、朱滿座、趙永久.電磁場與電磁波基礎，科學出版社.（普通高等教育“十一五”“十二五”國家級規劃教材）教科書與參考書共四十一頁主要(zhyo)參考書【1】 J. D. Kraus，Elect

12、romagnetism with Application（Fifth Edition）【2】 畢德顯，電磁場理論，電子工業出版社【3】 郭碩鴻，電動力學（第三版）【4】 王薔等，電磁場理論基礎，清華大學出版社共四十一頁本課程構架矢量分析(fnx)與場論電磁場電磁波；先修課高等數學、普通物理、工程數學后續支撐課程電機、電磁兼容、電能傳輸儲存類相關課程。課程(kchng)構架共四十一頁如何(rh)學習電磁場與電磁波科學問題，技術(jsh)問題，應用問題基本概念、基本原理、基本方法現代方法、軟件學習理論與實際結合共四十一頁內容摘要電 磁 場。發展歷程與發展簡史。存儲、變換、傳輸和應用.。取信息的主要手段，研究內容包括信息的產生、。電、磁現象是大自然最重要的往來現象，也最早。大的有來頓、富蘭克林、伏打等科學家。流的導線的垂直線方向相互。1901年，跨越大西洋的3200公里的試驗成