變化電磁場的基本規(guī)律

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1、華中師范大學物理學院電信系電磁場理論與微波技術(shù)主講：楊河林一、課程簡介二、電磁場理論的主要研究領域三、磁場理論發(fā)展簡史四、電磁場理論的主要研究對象五、課程體系六、教材與參考書目七、學習的目的、方法及其要求緒論一、課程簡介本課程將在“大學物理（電磁學）”的基礎上，進一步研究宏觀電磁現(xiàn)象和電磁過程的基本規(guī)律及其分析計算方法。通過課程的學習，掌握基本的宏觀電磁理論，具備分析和解決基本的電磁場工程問題的能力。是高等學校電子信息類及電氣信息類專業(yè)本科生必修的一門技術(shù)基礎課，課程涵蓋的內(nèi)容是合格的電子、電氣信息類專業(yè)本科學生所應具備的知識

2、結(jié)構(gòu)的重要組成部分。近代科學的發(fā)展表明，電磁場與電磁波基本理論又是一些交叉學科的生長點和新興邊緣學科發(fā)展的基礎，而且對完善自身素質(zhì)，增強適應能力和創(chuàng)造能力長遠地發(fā)揮作用。電磁場理論與微波技術(shù)電磁場與電磁波是通信專業(yè)本科學生必須具備的知識結(jié)構(gòu)的重要組成部分之一。通過本課程的學習，使學生掌握電磁場的基本規(guī)律，深刻理解麥克斯韋方程組和電磁場、電磁波的性質(zhì)；熟悉一些重要的電磁場問題的數(shù)學模型（如波動方程、拉氏方程等）的建立過程以及分析方法；培養(yǎng)學生正確的思維方法和分析問題的能力，使學生對"場"與"路"這兩種既密切相關(guān)又相距甚遠的理論有

3、深刻的認識，并學會用"場"的觀點去觀察、分析和計算一些簡單、典型的場的問題；為從事微波、天線、電子技術(shù)、通信和電磁兼容等領域的研究及解決實際問題打下必要的基礎電磁場與電磁波是電子信息科學與技術(shù)、通信專業(yè)后續(xù)課程，如：《無線通信原理與應用》、《現(xiàn)代通信技術(shù)》、《電磁工程EMC》、《通信原理》和《微波技術(shù)》以及研究生有關(guān)的課程如：《高等電磁理論》、《電磁場數(shù)值方法》、《電磁場高頻方法》和《電磁波傳播理論》的重要基礎。作為理論物理學的一個重要研究分支，主要致力于統(tǒng)一場理論和微觀量子電動力學的研究。電磁場的重要研究領域作為無線電技術(shù)的

4、理論基礎，集中于三大類應用問題的研究。二、電磁場理論的主要研究領域?電磁場（或電磁波）作為能量的一種形式，是當今世界最重要的能源，其研究領域涉及電磁能量的產(chǎn)生、儲存、變換、傳輸和綜合利用。?電磁波作為信息傳輸?shù)妮d體，成為當今人類社會發(fā)布和獲取信息的主要手段，主要研究領域為信息的產(chǎn)生、獲取、交換、傳輸、儲存、處理、再現(xiàn)和綜合利用。?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、目標特征的獲取與重建、探測新技術(shù)等。三大類應用問題：三、磁場理論發(fā)展簡史1．電磁場理論的早期研究電、磁現(xiàn)象是大自然最重要

5、的往來現(xiàn)象，也最早被科學家們關(guān)心和研究的物理現(xiàn)象，其中貢獻最大的有來頓、富蘭克林、伏打等科學家。19世紀以前，電、磁現(xiàn)象作為兩個獨立的物理現(xiàn)象，沒有發(fā)現(xiàn)電與磁的聯(lián)系。但是由于這些研究（特別是伏打1799年發(fā)明了電池），為電磁學理論的建立奠定了基礎。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。他認為電就是宇宙的活力，是宇宙的靈魂；電、磁、光、熱是相互聯(lián)系的。奧斯特是謝林的信徒，他從1807年開始研究電磁之間的關(guān)系。1820年，他發(fā)現(xiàn)電流以力作用于磁針。2．電磁場理論的建立安培發(fā)現(xiàn)作用力的方向和電流的方向以及磁

6、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(shù)學公式。法拉第在謝林的影響下，相信電、磁、光、熱是相互聯(lián)系的。奧斯特1820年發(fā)現(xiàn)電流以力作用于磁針后，法拉第敏銳地意識到，電可以對磁產(chǎn)生作用，磁也一定能夠?qū)﹄姰a(chǎn)生影響。1821年他開始探索磁生電的實驗。1831年他發(fā)現(xiàn)，當磁捧插入導體線圈時；導線圈中就產(chǎn)生電流。這表明，電與磁之間存在著密切的聯(lián)系。麥克斯韋深入研究并探討了電與磁之間發(fā)生作用的問題，發(fā)展了場的概念。在法拉第實驗的基礎上，總結(jié)了宏觀電磁現(xiàn)象的規(guī)律，引進位移電流的概念。這個概念的核心思想是：變化著的電場能產(chǎn)生

7、磁場；與變化著的磁場產(chǎn)生電場相對應。在此基礎上提出了一套偏微分方程來表達電磁現(xiàn)象的基本規(guī)律，稱為麥克斯韋方程組，是經(jīng)典電磁學的基本方程。3．電磁場理論的應用和發(fā)展1887年，德國科學家赫茲用火花隙激勵一個環(huán)狀天線，用另一個帶隙的環(huán)狀天線接收，證實了麥克斯韋關(guān)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的發(fā)明。從此開始了電磁場理論應用與發(fā)展時代，并且發(fā)展成為當代最引人注目的學科之一。無線電報1895年，意大利馬可尼成功地進行了2.5公里距離的無線電報傳送實驗。1896年，波波夫進行了約250米距離的類似試驗,1899年,

8、無線電報跨越英吉利海峽的試驗成功；1901年，跨越大西洋的3200公里距離的試驗成功。馬可尼以其在無線電報等領域的成就，獲得了1909年的諾貝爾獎金物理學獎。無線電報的發(fā)明，開始了利用電磁波時期。有線電話1876年,美國A.G.貝爾在美國建國100周年博覽會上展示了他所發(fā)明的