【正文】 電磁場(chǎng)與電磁波 代 秋 芳 150 1301 9319 郭輝萍 劉學(xué)觀 編 《 電磁場(chǎng)與電磁波 》 第二版 謝處方 饒克謹(jǐn) 編 《 電磁場(chǎng)與電磁波 》 焦其詳 王道東 編 《 電磁場(chǎng)理論 》 畢德顯 編 《 電磁場(chǎng)理論 》 楊儒貴 編 《 電磁場(chǎng)與波 》 參考教材 應(yīng)用教材 王家禮 朱滿座 路宏敏 編 《 電磁場(chǎng)與電磁波 》 第三版 教 材 參考網(wǎng)站 課程特點(diǎn) ? 理論體系嚴(yán)謹(jǐn) ? 抽象 看不見(jiàn)、摸不著 ? 要求： 》 具有較深厚的數(shù)學(xué)功底 》 較強(qiáng)的空間想象能力 》 較好的邏輯推理能力 ? 應(yīng)用廣泛 本課程與相關(guān)課程的關(guān)系 電磁場(chǎng)與電磁波 無(wú)線通信 信號(hào)與系統(tǒng) 普通物理 高等數(shù)學(xué) 復(fù)變函數(shù) 線性代數(shù) 通信原理 微波技術(shù)與天線 波動(dòng)光學(xué) 光纖通信 學(xué)習(xí)建議 課堂學(xué)習(xí) 課堂紀(jì)律 師生互動(dòng) 出勤率 教學(xué)安排 課前預(yù)習(xí) 熟悉教材內(nèi)容 復(fù)習(xí)先修課程 課后復(fù)習(xí) 復(fù)習(xí)教材內(nèi)容 復(fù)習(xí)考試內(nèi)容 電磁學(xué)發(fā)展史 ? 1. 最早的記載：公元前 600年左右 ? 2. 1745年， 荷蘭 萊頓大學(xué)教授 馬森布羅克 制成了萊頓瓶，可以將電荷儲(chǔ)存起來(lái)，供電學(xué)實(shí)驗(yàn)使用，為電學(xué)研究打下了基礎(chǔ)。 ? 3. 1752年 7月， 美國(guó) 著名的科學(xué)家、文學(xué)家、政治家 富蘭克林 的風(fēng)箏試驗(yàn)，證實(shí)了閃電式放電現(xiàn)象，發(fā)明了避雷針，從此拉開(kāi)了人們研究電學(xué)的序幕。 電磁學(xué)發(fā)展史 ?4. 1638年，在我國(guó)的某些建筑學(xué)的書籍中就有關(guān)于避雷的記載：屋頂?shù)乃慕嵌急坏耧棾升堫^的形狀，仰頭、張口，在它們的舌頭上有一根金屬芯子，其末端伸到地下，如有雷電擊中房頂，會(huì)順著龍舌引入地下，不會(huì)對(duì)房屋造成危險(xiǎn)。 ?5. 1753年，俄國(guó)著名的電學(xué)家 利赫曼 在驗(yàn)證富蘭克林的實(shí)驗(yàn)時(shí)，被雷電擊中，為科學(xué)探索獻(xiàn)出了寶貴的生命。 ?6. 1771—— 1773年間，英國(guó)科學(xué)家 卡文迪什 進(jìn)行了大量的靜電試驗(yàn)，證明在靜電情況下，導(dǎo)體上的電荷只分布在導(dǎo)體表面上。 電磁學(xué)發(fā)展史 ? 7. 1785年，法國(guó)科學(xué)家 庫(kù)侖 在實(shí)驗(yàn)規(guī)律的基礎(chǔ)上，提出了第一個(gè)電學(xué)定律：庫(kù)侖定律。使電學(xué)研究走上了理論研究的道路。 ? 8. 1820年，由丹麥的科學(xué)家 奧斯特 在課堂上的一次試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)了電的磁效應(yīng)，從此將電和磁聯(lián)系在一起 。 ? 9. 1822年， 法國(guó) 科學(xué)家 安培 提出了安培環(huán)路定律，將奧斯特的發(fā)現(xiàn)上升為理論。 ? 10. 1825年， 德國(guó) 科學(xué)家 歐姆 得出了第一個(gè)電路定律：歐姆定律。 ? 11. 1831年， 英國(guó) 實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家 法拉第 發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律 。并設(shè)計(jì)了世界上第一臺(tái)感應(yīng)發(fā)電機(jī)。 電磁學(xué)發(fā)展史 ? 1 1840年， 英國(guó) 科學(xué)家 焦耳 提出了焦耳定律，揭示了電磁現(xiàn)象的能量特性。 ? 1 1848年 ， 德國(guó) 科學(xué)家 基爾霍夫 提出了基爾霍夫電路理論，使電路理論趨于完善。 ? 奧斯特的電生磁和法拉第的磁生電奠定了電磁學(xué)的基礎(chǔ)。 ? 1 電磁學(xué)理論的完成者 —— 英國(guó) 的物理學(xué)家 麥克斯韋（ 1831— 1879）。麥克斯韋方程組 —— 用最完美的數(shù)學(xué)形式表達(dá)了宏觀電磁學(xué)的全部?jī)?nèi)容 。麥克斯韋從理論上預(yù)言了電磁波的存在。 ? 15. 1866年， 德國(guó)的西門子 發(fā)明了使用電磁鐵的發(fā)電機(jī)，為電力工業(yè)開(kāi)辟了道路。 ? 16. 1876年， 美國(guó)貝爾 發(fā)明了電話，實(shí)現(xiàn)了電聲通信。 ? 17. 1879年， 美國(guó) 發(fā)明家 愛(ài)迪生 發(fā)明了電燈，使電進(jìn)入了人們的日常生活。 ? 18. 1887年， 德國(guó) 的物理學(xué)家 赫茲 首次用人工的方法產(chǎn)生了電磁波。 ? 19. 隨之， 俄國(guó) 的 波波夫 和 意大利 的 馬可尼 ，利用電磁波通信獲得成功，開(kāi)創(chuàng)了人類無(wú)線通信的新時(shí)代。 本課程的應(yīng)用 ? 靜電場(chǎng)：利用靜電場(chǎng)對(duì)帶電粒子具有力的作用。 如：靜電復(fù)印、靜電除塵以及靜電噴漆 ? 靜磁場(chǎng)：利用磁場(chǎng)力的作用。 如：電磁鐵、磁懸浮軸承以及磁懸浮列車等 ? 時(shí)變電磁場(chǎng)：利用電磁波作為媒介傳輸信息。 如：無(wú)線通信、廣播、雷達(dá)、遙控遙測(cè)、微波遙感、無(wú)線因特網(wǎng)、無(wú)線局域網(wǎng)、衛(wèi)星定位以及光纖通信等信息技術(shù) 應(yīng)用的三個(gè)主要方面 應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域 電磁理論 電子對(duì)抗 無(wú)線通信 廣播、電視 雷達(dá)、導(dǎo)航、遙感 工業(yè)無(wú)損探傷 射電天文 強(qiáng)電（變壓器、電機(jī)）等 電磁兼容等 電磁醫(yī)療儀器、電磁醫(yī)療 探地雷達(dá) 磁懸浮技術(shù) 微波烘干、殺菌 靜態(tài)場(chǎng)應(yīng)用 時(shí)變場(chǎng)應(yīng)用 陰極射線示波器 噴墨打印機(jī) 磁分離器 磁懸浮列車 礦物的分選 . . . 變壓器 藍(lán)牙技術(shù) 衛(wèi)星通信 微波爐 /電磁爐 隱形飛機(jī) . . . 應(yīng)用實(shí)例 帶電粒子偏轉(zhuǎn)：靜電場(chǎng)最常見(jiàn)的應(yīng)用 所有帶電粒子偏轉(zhuǎn)都是通過(guò)兩平行板間的電位差實(shí)現(xiàn) 原理應(yīng)用： 》 陰極射線示波器 》 回旋加速器 》 噴墨打印機(jī) 》 速度選擇器等 ? 原理：通過(guò)控制帶電粒子（電子或是質(zhì)子）的軌跡。 陰極射線示波器 噴墨打印機(jī) ? 噴墨打印機(jī) ? 磁懸浮列車 ：中國(guó)火車入選 中國(guó)上海磁懸浮列車 衛(wèi)星通信 ? 基本原理： 衛(wèi)星通信就是地球上（包括地球、水面和低層大氣中）的無(wú)線電通信站之間利用人造衛(wèi)星做中繼站而進(jìn)行的通信。 ? 通信地球站： 可以是地面站、車載站、機(jī)載站 ? 地球站的天線 要始終對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星才能利用衛(wèi)星進(jìn)行通信，所以我們通常使用靜止衛(wèi)星，也即同步衛(wèi)星。 ? 同步衛(wèi)星： 衛(wèi)星處在距地面 35600公里左右時(shí)，周期T=24小時(shí)，時(shí)間與地球自轉(zhuǎn)時(shí)間一致。 ? 衛(wèi)星通信 是二戰(zhàn)之后發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)的無(wú)線通信技術(shù)。 我國(guó)衛(wèi)星發(fā)展?fàn)顩r ? 1970年 4月 24日成功發(fā)射“東方紅一號(hào)”第一顆衛(wèi)星。 ? 1984年 4月 成功發(fā)射第一顆同步衛(wèi)星“東方紅二號(hào)”。 ? 1990年 4月 27日成功發(fā)射“亞州一號(hào)”通信衛(wèi)星。 電磁爐 加熱原理： 采用磁場(chǎng)感應(yīng)電流 (渦流 )加熱，利用電流通過(guò)線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)磁場(chǎng)內(nèi)的磁力線通過(guò)金屬器皿的底部時(shí)即會(huì)產(chǎn)生無(wú)數(shù)小渦流，使器皿本身自行高速發(fā)熱，然后再加熱于器皿內(nèi)的食物。 特點(diǎn)： ? 鍋具自行發(fā)熱，并煮食鍋內(nèi)食物。 ? 爐面不發(fā)熱，當(dāng)磁場(chǎng)內(nèi)的磁力線通過(guò)非金屬物休，不會(huì)產(chǎn)生渦流，故不會(huì)產(chǎn)生熱力。爐面和人都是非金屬物體，本身不會(huì)發(fā)熱，因此沒(méi)有被電磁爐燒傷的危險(xiǎn)，安全可靠。 ? 電磁爐的熱效率極高，煮食時(shí)安全、潔凈、無(wú)火、無(wú)煙、無(wú)廢氣、不怕風(fēng)吹、不會(huì)爆炸或引致氣體中毒。 微波爐 ? 內(nèi)加熱： 微波爐中極性分子接受微波輻射的能量后，通過(guò)分子偶極的每秒數(shù)十億次的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生熱效應(yīng)，這種加熱方式稱為內(nèi)加熱 ? 外加熱： 把普通熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流的加熱過(guò)程稱為外加熱。 ? 內(nèi)加熱特點(diǎn)： 加熱速度快、受熱體系溫度均勻等特點(diǎn)。 隱形飛機(jī) ? 雷達(dá)工作原理： 雷達(dá)發(fā)出高頻電磁波射到物體上。物體把這個(gè)電磁波向各個(gè)方向反射，當(dāng)然也有一部分反射回發(fā)射點(diǎn)（雷達(dá)），在雷達(dá)處再設(shè)一個(gè)接收裝置就可接收到回波。根據(jù)回波可發(fā)現(xiàn)物體。 ? 隱形飛機(jī)原理： 使雷達(dá)無(wú)法探測(cè)到。飛機(jī)達(dá)到隱形效果的關(guān)鍵，在于采用隱形材料和隱形設(shè)計(jì)，盡量把雷達(dá)波束吸收掉，或者向偏離原雷達(dá)的方向反射。這樣飛機(jī)就不容易被雷達(dá)探測(cè)到。 ? 隱形飛機(jī)決不是指飛機(jī)將自己的形體隱藏起來(lái)，讓我們看不見(jiàn)它，而是說(shuō)它可以使雷達(dá)“看不到”它。 F117A (第 1種可正式作戰(zhàn)的隱形飛機(jī) ) 第一章 矢量分析 167。 場(chǎng)的概念 167。 標(biāo)量場(chǎng)的方向?qū)?shù)和梯度 167。 矢量場(chǎng)的通量和散度 167。 矢量場(chǎng)的環(huán)量和旋度 167。 圓柱坐標(biāo)系與球坐標(biāo)系 167。 亥姆霍茲定理 本章要點(diǎn) 》 標(biāo)量場(chǎng)的方向?qū)?shù)和梯度 》 矢量場(chǎng)的通量和散度 》 矢量場(chǎng)的環(huán)量和旋度 》 亥姆霍茲定理 167。 場(chǎng)的概念 本節(jié)要點(diǎn) 》 標(biāo)量和矢量的概念 》 標(biāo)量場(chǎng)和矢量場(chǎng)的概念 》 矢量代數(shù)運(yùn)算 》 等值面和矢量線 167。 場(chǎng)的概念 ? 標(biāo)量： 只有大小而沒(méi)有方向的量。如電壓 U、電荷量 Q 等。 ? 矢量： 具有大小和方向特征的量。如 電場(chǎng)強(qiáng)度矢量、磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量 、作用力矢量、速度矢量等。 》 常矢： 若某一矢量的模和方向都保持不變，如重力 》 變矢： 若模和方向二者至少一個(gè)發(fā)生變化，如彎道速度 》 矢量描述： 矢量可采用有向線段、文字、 單位矢量、分量表示等多種方式來(lái)描述。 AA()AtA ()A A t? 》 矢性函數(shù)： 設(shè) t是數(shù)性變量， 為變矢，對(duì)于某區(qū)間 G[a,b]內(nèi)的每一個(gè)數(shù)值 t， 都有一確定的矢量 與之對(duì)應(yīng)，則稱 為數(shù)性變量 t的矢性函數(shù)，記為： ? 物理量： 被賦予物理單位并具有一定物理意義的矢量和標(biāo)量。如電壓 U、電荷量 Q等。 ? 場(chǎng)： 在某一空間區(qū)域中，物理量數(shù)值的無(wú)窮集合，如溫度場(chǎng)，電位場(chǎng)等。 ? 標(biāo)量場(chǎng)： 在指定的時(shí)刻，空間每一點(diǎn)可以用一個(gè)標(biāo)量唯一地描述，則該標(biāo)量函數(shù)定義一個(gè)標(biāo)量場(chǎng)。如溫度、密度等。 ? 矢量場(chǎng)： 在指定的時(shí)刻，空間每一點(diǎn)可以用一個(gè)矢量唯一地描述，則該矢量函數(shù)定義一個(gè)矢量場(chǎng)。如電場(chǎng)、磁場(chǎng)、流速場(chǎng)等。 167。 場(chǎng)的概念 ? 場(chǎng)的屬性： 占有一定空間，且在該空間區(qū)域內(nèi)，除有限個(gè)點(diǎn)和表面外，其物理量處處連續(xù) ? 場(chǎng)的分類 》 按與時(shí)間的關(guān)系分：