【正文】 電磁場與電磁波 代 秋 芳 150 1301 9319 郭輝萍 劉學觀 編 《 電磁場與電磁波 》 第二版 謝處方 饒克謹 編 《 電磁場與電磁波 》 焦其詳 王道東 編 《 電磁場理論 》 畢德顯 編 《 電磁場理論 》 楊儒貴 編 《 電磁場與波 》 參考教材 應用教材 王家禮 朱滿座 路宏敏 編 《 電磁場與電磁波 》 第三版 教 材 參考網(wǎng)站 課程特點 ? 理論體系嚴謹 ? 抽象 看不見、摸不著 ? 要求： 》 具有較深厚的數(shù)學功底 》 較強的空間想象能力 》 較好的邏輯推理能力 ? 應用廣泛 本課程與相關課程的關系 電磁場與電磁波 無線通信 信號與系統(tǒng) 普通物理 高等數(shù)學 復變函數(shù) 線性代數(shù) 通信原理 微波技術與天線 波動光學 光纖通信 學習建議 課堂學習 課堂紀律 師生互動 出勤率 教學安排 課前預習 熟悉教材內容 復習先修課程 課后復習 復習教材內容 復習考試內容 電磁學發(fā)展史 ? 1. 最早的記載：公元前 600年左右 ? 2. 1745年， 荷蘭 萊頓大學教授 馬森布羅克 制成了萊頓瓶，可以將電荷儲存起來，供電學實驗使用，為電學研究打下了基礎。 ? 3. 1752年 7月， 美國 著名的科學家、文學家、政治家 富蘭克林 的風箏試驗，證實了閃電式放電現(xiàn)象，發(fā)明了避雷針，從此拉開了人們研究電學的序幕。 電磁學發(fā)展史 ?4. 1638年，在我國的某些建筑學的書籍中就有關于避雷的記載：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，會順著龍舌引入地下，不會對房屋造成危險。 ?5. 1753年，俄國著名的電學家 利赫曼 在驗證富蘭克林的實驗時，被雷電擊中，為科學探索獻出了寶貴的生命。 ?6. 1771—— 1773年間，英國科學家 卡文迪什 進行了大量的靜電試驗，證明在靜電情況下，導體上的電荷只分布在導體表面上。 電磁學發(fā)展史 ? 7. 1785年，法國科學家 庫侖 在實驗規(guī)律的基礎上，提出了第一個電學定律：庫侖定律。使電學研究走上了理論研究的道路。 ? 8. 1820年，由丹麥的科學家 奧斯特 在課堂上的一次試驗中，發(fā)現(xiàn)了電的磁效應，從此將電和磁聯(lián)系在一起 。 ? 9. 1822年， 法國 科學家 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 科學家 歐姆 得出了第一個電路定律：歐姆定律。 ? 11. 1831年， 英國 實驗物理學家 法拉第 發(fā)現(xiàn)了電磁感應定律 。并設計了世界上第一臺感應發(fā)電機。 電磁學發(fā)展史 ? 1 1840年， 英國 科學家 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 科學家 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的基礎。 ? 1 電磁學理論的完成者 —— 英國 的物理學家 麥克斯韋（ 1831— 1879）。麥克斯韋方程組 —— 用最完美的數(shù)學形式表達了宏觀電磁學的全部內容 。麥克斯韋從理論上預言了電磁波的存在。 ? 15. 1866年， 德國的西門子 發(fā)明了使用電磁鐵的發(fā)電機，為電力工業(yè)開辟了道路。 ? 16. 1876年， 美國貝爾 發(fā)明了電話，實現(xiàn)了電聲通信。 ? 17. 1879年， 美國 發(fā)明家 愛迪生 發(fā)明了電燈，使電進入了人們的日常生活。 ? 18. 1887年， 德國 的物理學家 赫茲 首次用人工的方法產生了電磁波。 ? 19. 隨之， 俄國 的 波波夫 和 意大利 的 馬可尼 ，利用電磁波通信獲得成功，開創(chuàng)了人類無線通信的新時代。 本課程的應用 ? 靜電場：利用靜電場對帶電粒子具有力的作用。 如：靜電復印、靜電除塵以及靜電噴漆 ? 靜磁場：利用磁場力的作用。 如：電磁鐵、磁懸浮軸承以及磁懸浮列車等 ? 時變電磁場：利用電磁波作為媒介傳輸信息。 如：無線通信、廣播、雷達、遙控遙測、微波遙感、無線因特網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、衛(wèi)星定位以及光纖通信等信息技術 應用的三個主要方面 應用的各個領域 電磁理論 電子對抗 無線通信 廣播、電視 雷達、導航、遙感 工業(yè)無損探傷 射電天文 強電（變壓器、電機）等 電磁兼容等 電磁醫(yī)療儀器、電磁醫(yī)療 探地雷達 磁懸浮技術 微波烘干、殺菌 靜態(tài)場應用 時變場應用 陰極射線示波器 噴墨打印機 磁分離器 磁懸浮列車 礦物的分選 . . . 變壓器 藍牙技術 衛(wèi)星通信 微波爐 /電磁爐 隱形飛機 . . . 應用實例 帶電粒子偏轉：靜電場最常見的應用 所有帶電粒子偏轉都是通過兩平行板間的電位差實現(xiàn) 原理應用： 》 陰極射線示波器 》 回旋加速器 》 噴墨打印機 》 速度選擇器等 ? 原理：通過控制帶電粒子（電子或是質子）的軌跡。 陰極射線示波器 噴墨打印機 ? 噴墨打印機 ? 磁懸浮列車 ：中國火車入選 中國上海磁懸浮列車 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）的無線電通信站之間利用人造衛(wèi)星做中繼站而進行的通信。 ? 通信地球站： 可以是地面站、車載站、機載站 ? 地球站的天線 要始終對準衛(wèi)星才能利用衛(wèi)星進行通信，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，周期T=24小時，時間與地球自轉時間一致。 ? 衛(wèi)星通信 是二戰(zhàn)之后發(fā)展起來的一種先進的無線通信技術。 我國衛(wèi)星發(fā)展狀況 ? 1970年 4月 24日成功發(fā)射“東方紅一號”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”。 ? 1990年 4月 27日成功發(fā)射“亞州一號”通信衛(wèi)星。 電磁爐 加熱原理： 采用磁場感應電流 (渦流 )加熱，利用電流通過線圈產生磁場，當磁場內的磁力線通過金屬器皿的底部時即會產生無數(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的食物。 特點： ? 鍋具自行發(fā)熱，并煮食鍋內食物。 ? 爐面不發(fā)熱，當磁場內的磁力線通過非金屬物休，不會產生渦流，故不會產生熱力。爐面和人都是非金屬物體，本身不會發(fā)熱，因此沒有被電磁爐燒傷的危險，安全可靠。 ? 電磁爐的熱效率極高，煮食時安全、潔凈、無火、無煙、無廢氣、不怕風吹、不會爆炸或引致氣體中毒。 微波爐 ? 內加熱： 微波爐中極性分子接受微波輻射的能量后，通過分子偶極的每秒數(shù)十億次的高速旋轉產生熱效應，這種加熱方式稱為內加熱 ? 外加熱： 把普通熱傳導和熱對流的加熱過程稱為外加熱。 ? 內加熱特點： 加熱速度快、受熱體系溫度均勻等特點。 隱形飛機 ? 雷達工作原理： 雷達發(fā)出高頻電磁波射到物體上。物體把這個電磁波向各個方向反射，當然也有一部分反射回發(fā)射點（雷達），在雷達處再設一個接收裝置就可接收到回波。根據(jù)回波可發(fā)現(xiàn)物體。 ? 隱形飛機原理： 使雷達無法探測到。飛機達到隱形效果的關鍵，在于采用隱形材料和隱形設計，盡量把雷達波束吸收掉，或者向偏離原雷達的方向反射。這樣飛機就不容易被雷達探測到。 ? 隱形飛機決不是指飛機將自己的形體隱藏起來，讓我們看不見它，而是說它可以使雷達“看不到”它。 F117A (第 1種可正式作戰(zhàn)的隱形飛機 ) 第一章 矢量分析 167。 場的概念 167。 標量場的方向導數(shù)和梯度 167。 矢量場的通量和散度 167。 矢量場的環(huán)量和旋度 167。 圓柱坐標系與球坐標系 167。 亥姆霍茲定理 本章要點 》 標量場的方向導數(shù)和梯度 》 矢量場的通量和散度 》 矢量場的環(huán)量和旋度 》 亥姆霍茲定理 167。 場的概念 本節(jié)要點 》 標量和矢量的概念 》 標量場和矢量場的概念 》 矢量代數(shù)運算 》 等值面和矢量線 167。 場的概念 ? 標量： 只有大小而沒有方向的量。如電壓 U、電荷量 Q 等。 ? 矢量： 具有大小和方向特征的量。如 電場強度矢量、磁場強度矢量 、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描述。 AA()AtA ()A A t? 》 矢性函數(shù)： 設 t是數(shù)性變量， 為變矢，對于某區(qū)間 G[a,b]內的每一個數(shù)值 t， 都有一確定的矢量 與之對應，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量。如電壓 U、電荷量 Q等。 ? 場： 在某一空間區(qū)域中，物理量數(shù)值的無窮集合，如溫度場，電位場等。 ? 標量場： 在指定的時刻，空間每一點可以用一個標量唯一地描述，則該標量函數(shù)定義一個標量場。如溫度、密度等。 ? 矢量場： 在指定的時刻，空間每一點可以用一個矢量唯一地描述，則該矢量函數(shù)定義一個矢量場。如電場、磁場、流速場等。 167。 場的概念 ? 場的屬性： 占有一定空間，且在該空間區(qū)域內，除有限個點和表面外，其物理量處處連續(xù) ? 場的分類 》 按與時間的關系分：