【正文】 及開來。 馬可尼 以其在無線電報(bào)等領(lǐng)域的成就，獲得 1909年的諾貝爾獎(jiǎng)。 1901年，跨越大西洋 3200公里的試驗(yàn)成功。 電報(bào) 1895年，意大利 馬可尼 成功地進(jìn)行了 送實(shí)驗(yàn)。 11 1887年，德國(guó)科學(xué)家 赫茲 用火花隙激勵(lì)一個(gè)環(huán)狀天線，用另一個(gè)帶隙的環(huán)狀天線接收，證實(shí)了麥克斯韋關(guān)于電磁波存在的預(yù)言，這一重要的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致了后來無線電報(bào)的發(fā)明。是一位與牛頓、愛因斯坦相提并論的科學(xué)家。死于癌癥。 麥克斯韋 出生時(shí)，是法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)后 2個(gè)多月。 1824年（ 33歲）成為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。他酷愛聽各種科學(xué)講座，使他有幸成為化學(xué)家戴維的實(shí)驗(yàn)助手，從此他在實(shí)驗(yàn)科學(xué)方面做出卓有成效的工作。 16歲做書籍裝訂工。 法拉第 ，出身貧寒，小學(xué)未畢業(yè)，但天生好學(xué)。 并 提出了力線概念。 法拉第的另一個(gè)貢獻(xiàn)是提出了磁力線概念，為形象地表述磁場(chǎng)提供途徑。 2．電磁場(chǎng)理論的建立 ⑥ 1826年歐姆發(fā)現(xiàn)歐姆定律。 Lapalce給出更嚴(yán)格的數(shù)學(xué)形式。 ③ 1820年，丹麥物理學(xué)家 奧斯特 發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)，并創(chuàng)造了 Electromagics（電磁學(xué)）一詞。 ① 1786年，法國(guó)醫(yī)學(xué)家 伽伐尼 發(fā)現(xiàn)了生物電流。 ③中國(guó)東漢時(shí)期 發(fā)明 了“司南 ” 二、電磁場(chǎng)理論的發(fā)展 ④ 1785年，庫侖（ Coulomb， 1736－ 1806，法國(guó)物理學(xué)家）利用扭秤測(cè)試了真空中兩個(gè)小電荷之間的吸引力，得到了著名的庫侖定律。 ①公元前 6世紀(jì)，希臘學(xué)者 Thales發(fā)現(xiàn)用布摩擦過的琥珀能吸引輕微的物體。 電磁波作為 探測(cè)未知世界 的一種重要手段，主要研究領(lǐng)域?yàn)殡姶挪ㄅc目標(biāo)的相互作用特性、目標(biāo)探測(cè)及特征獲取。電磁場(chǎng)與電磁波 YANGTZE NORMAL UNIVERSITY 主講：李澤濤 電子信息工程學(xué)院 一、課程的性質(zhì) 引 言 ? 是 電類專業(yè)學(xué)生必修的技術(shù)基礎(chǔ)課 ? 是電氣工程師的必備知識(shí) ? 是電磁理論的重要組成部分 電磁場(chǎng)（或電磁波）作為 能量 的一種形式，是當(dāng)今世界最重要的能源，易于產(chǎn)生、儲(chǔ)存、變換、傳輸和利用。 電磁波作為 信息傳輸 的載體，成為當(dāng)今社會(huì)發(fā)布和獲取信息的主要手段，主要研究領(lǐng)域?yàn)樾畔⒌漠a(chǎn)生、獲取、交換、傳輸、儲(chǔ)存、處理、再現(xiàn)和綜合利用。 3 1．電磁場(chǎng)理論的早期研究 電、磁現(xiàn)象是大自然最重要的自然現(xiàn)象，也是最早被科學(xué)家們關(guān)心和研究的物理現(xiàn)象。 ② 16世紀(jì)吉爾伯特 的 《論磁學(xué)》， 描述了對(duì)電現(xiàn)象所做的研究，他把琥珀、金剛石、藍(lán)寶石、硫磺、樹脂等物質(zhì)經(jīng)摩擦后會(huì)吸引輕小物體的性質(zhì)稱為“電性” 。 ⑤其后 Possion， Gauss等人的研究形成了靜電場(chǎng)的初期理論。 ② 1799年，意大利物理學(xué)家 伏打 發(fā)明電池。 ④法國(guó)物理學(xué)家 畢奧和沙伐爾 ，歸納出電流元的磁場(chǎng)定律。 ⑤德國(guó)物理學(xué)家 安培 在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)，得到了更為普遍的電動(dòng)力學(xué)公式。 ⑦ 1831年 法拉第 (英國(guó)物理學(xué)家）經(jīng)過 10年的多次失敗，終于取得突破，發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。 ⑧ 1833年 愣次 發(fā)現(xiàn)了感應(yīng)電流的方向。 ⑨ 1845年 紐曼 以定律的形式給出了電磁感應(yīng)的定量規(guī)律。 11歲做報(bào)童。這些工作讓他有機(jī)會(huì)接觸和學(xué)習(xí)很多知識(shí)。 1821年（ 30歲）成為英國(guó)皇家學(xué)院實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人。 ⑩ 1864年英國(guó)物理學(xué)家，數(shù)學(xué)家 麥克斯韋 集前人之大成，富有創(chuàng)見地假設(shè)了位移電流和渦旋電場(chǎng)，建立了著名的麥克斯韋方程組，完成了宏觀電磁場(chǎng)理論，并從理論上預(yù)測(cè)了電磁波的存在。神童， 10歲進(jìn)愛丁堡學(xué)院學(xué)習(xí) ， 15歲在“愛丁堡皇家學(xué)報(bào)”發(fā)表論文，卡文迪什試驗(yàn)室首任主任。雖然只活了 49 歲，但他卻寫了 100多篇有價(jià)值的論文。 10 3．電磁場(chǎng)理論的發(fā)展與應(yīng)用 在麥克斯韋方程建立之后的一百多年里，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電磁理論得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，尤其近 30年來，無線電電子學(xué)、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，生物電磁學(xué)、環(huán)境電磁學(xué)和電磁兼容等學(xué)科的建立，向電磁理論提出了許多新的研究課題，使現(xiàn)代電磁理論得到了迅速的發(fā)展。從此開始了電磁場(chǎng)理論應(yīng)用與發(fā)展時(shí)代，并且發(fā)展成為當(dāng)代最引人注目的學(xué)科之一。 1899年，電報(bào)跨越英吉利海峽的試驗(yàn)成功。開始了電磁波信息傳輸?shù)臅r(shí)代。 電話 1876年 , 美國(guó)科學(xué)家 貝爾 在美國(guó)建國(guó) 100周年博覽會(huì)上展示了他所發(fā)明的電話。 廣播 1906年，美國(guó) 費(fèi)森登 用 50千赫頻率發(fā)電機(jī)作發(fā)射機(jī)，用微音器接上天線實(shí)現(xiàn)調(diào)制，使大西洋航船上的報(bào)務(wù)員聽到了他從波士頓播出的音樂。次年在美國(guó)匹茲堡城又建成一座無線廣播電臺(tái)。 1927年，英國(guó)的 貝爾德 成功地用電話線路把圖像從倫敦傳至大西洋中的船上。 1931年，世界上第一個(gè)全電子 電視系統(tǒng) 在美國(guó)出現(xiàn)。 1938年，美國(guó)研制成第一部能指揮火炮射擊的火炮控制雷達(dá) 1940年，多腔磁控管的發(fā)明，使微波雷達(dá)的研制成為可能。 1945年，能消除背景干擾顯示運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的顯示技術(shù)發(fā)明 , 使雷達(dá)更加完善。 衛(wèi)星通信 1958年 ,美國(guó)發(fā)射低軌的“斯科爾”衛(wèi)星成功 , 這是第一顆用于通信的試驗(yàn)衛(wèi)星。 1965年 ,第一顆商用定點(diǎn)同步衛(wèi)星投入運(yùn)行。 衛(wèi)星定位 1964年，美國(guó)研究成功子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。 18 其他應(yīng)用 ： 陰極射線示波器，噴墨打印機(jī)，礦物的分選，磁分離器，回旋加速器，磁流體發(fā)電機(jī)，電磁泵，磁懸浮列車，變壓器，電磁爐，電磁式生物芯片，隱形飛機(jī)，電磁高速公路等等。由于民用，涉及千家萬戶，發(fā)展更為迅速，更為廣泛，甚至改變了人類的生活習(xí)慣，也使電磁波、射頻、天線成為尋常百姓都知道的詞語。 20 1. 矢量分析 2. 電磁場(chǎng)的基本規(guī)律 3. 靜態(tài)電磁場(chǎng)及其邊值問題的解 4. 時(shí)變電磁場(chǎng) 5. 均勻平面波在無界空間中的傳播 6. 均勻平面波的反射和透射 7. 導(dǎo)行電磁波 8. 電磁輻射 四、內(nèi)容安排 21 五、學(xué)習(xí)的目的、方法及其要求 ? 掌握宏觀電磁場(chǎng)的基本屬性和運(yùn)動(dòng)規(guī)律 ? 掌握宏觀電磁波的傳播規(guī)律 ? 了解電磁波的輻射原理 ? 掌握靜態(tài)場(chǎng)問題的基本求解方法 ? 訓(xùn)練分析問題、歸納問題的科學(xué)方法 ? 培養(yǎng)用數(shù)學(xué)方法解決實(shí)際問題的能力 ? 獨(dú)立完成作業(yè) 22 六、主要參考書 【 1】 謝處方，饒克謹(jǐn) . 電磁場(chǎng)與電磁波（第 4版） . 北京：高等教育出版社， 2022 【 2】 楊顯清，王園，趙家升 . 電磁場(chǎng)與電磁波（第 4版）教學(xué)指導(dǎo)書 . 北京：高等教育出版社， 2022 【 3】 楊儒貴 . 電磁場(chǎng)與電磁波 . 北京：高等教育出版社，2022 【 4】 趙家升，楊顯清，王園 . 電磁場(chǎng)與波典型題解析及自測(cè)試題 . 西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社， 2022 【 5】 馮林，楊顯清，王園等編著 . 電磁場(chǎng)與電磁波 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2022 第 1 章 矢量分析 本章內(nèi)容 矢量代數(shù) 常用正交曲線坐標(biāo)系 標(biāo)量場(chǎng)的梯度 矢量場(chǎng)的通量與散度 矢量場(chǎng)的環(huán)流和旋度 無旋場(chǎng)與無散場(chǎng) 拉普拉斯運(yùn)算與格林定理 亥姆霍茲定理 1. 標(biāo)量和矢量 矢量的大小或模： AA ??矢量的單位矢量： 標(biāo)量： 一個(gè)只用大小描述的物理量。 矢量的幾何表示：一個(gè)矢量可用一條有方向的線段來表示 注意：?jiǎn)挝皇噶坎灰欢ㄊ浅Ｊ噶俊? zzyyxx eAeAeAA???? ???A AA AA Axyz???c o sc o sc o s???)c osc osc os( ??? zyx eeeAA ???? ?????? coscoscos zyxA eeee ???? ???矢量用坐標(biāo)分量表示 z Ax?AAyAzx y （ 1）矢量的加減法 )()()( zzzyyyxxx BAeBAeBAeBA ??????? ????? 兩矢量的加減在幾何上是以這兩矢量為鄰邊的平行四邊形的對(duì)角線 ,如圖所示。 三種常用的正交曲線坐標(biāo)系 在電磁場(chǎng)與電磁波理論中，三種常用的正交曲線坐標(biāo)系為：直角坐標(biāo)系、圓柱坐標(biāo)系和球面坐標(biāo)系 。 直角坐標(biāo)系 zeyexer zyx ???? ???位置矢量 面元矢量 線元矢量 zeyexel zyx dddd ???? ???zyelleS xzyxx ddddd ??? ??yxelleS zyxzz ddddd ??? ??體積元 zyxV dddd ?zxelleS yzxyy ddddd ??? ??坐標(biāo)變量 zyx ,坐標(biāo)單位矢量 zyx eee??? , 點(diǎn) P(x0,y0,z0) 0 y y ? （ 平面 ） o x y z 0 x x ? （ 平面 ） 0 z z ? （ 平面 ） P 直角坐標(biāo)系 xe?ze?ye?x y z 直角坐標(biāo)系的長(zhǎng)度元、面積元、體積元 o d z d y d x zyeS xx ddd ?? ?yxeS zz ddd ?? ?z