工程电磁学0教学课件.ppt

电磁场理论的主要研究领域 理论物 理学的 分支 三大类应用问题 ◆ 电磁场（或电磁波）作为能量的一种形 式，是当今世界最重要的能源，其研究 领域涉及电磁能的产生、储存、变换、 传输和综合利用 ◆ 电磁波作为信息传输的载体，成为当今 社会发布和获取信息的主要手段，主要 研究领域为信息的产生、获取、交换、 传输、储存、处理、再现和综合利用 ◆ 电磁波作为探测未知世界的一种重要手 段，主要研究领域为电磁波与目标的相 互作用特性、目标探测及其特征的获取 二、磁场理论发展简史 1．电磁场理论的早期研究 电、磁现象是大自然最重要的往来现象，也最早 被科学家们关心和研究的物理现象，其中贡献最 大的有来顿、富兰克林、伏打等科学家。 19世纪以前，电、磁现象作为两个独立的物理现 象，没有发现电与磁的联系。但是由于这些研究 为电磁学理论的建立奠定了基础。 2．电磁场理论的建立 18世纪末期，德国哲学家谢林认为，宇宙是 有活力的，而不是僵死的。他认为电就是宇 宙的活力，是宇宙的灵魂；电、磁、光、热 是相互联系的。 奥斯特是谢林的信徒，他从1807年开始研究 电磁之间的关系。1820年，他发现电流以力 作用于磁针。 安培发现作用力的方向和电流的方向以及磁针到通 过电流的导线的垂直线方向相互垂直，并定量建立 了若干数学公式。 法拉第相信电、磁、光、热是相互联系的。奥斯特 1820年发现电流以力作用于磁针后，法拉第敏锐地 意识到磁也一定能够对电产生影响。1821年他开始 探索磁生电的实验。1831年他发现，当磁捧插入导 体线圈时；导线圈中就产生电流。这表明，电与磁 之间存在着密切的联系。 麦克斯韦深入研究并探讨了电与磁之间发 生作用的问题，发展了场的概念。在法拉 第实验的基础上，总结了宏观电磁现象的 规律，引进位移电流的概念，提出了一组 描述电磁现象的规律偏微分方程，即麦克 斯韦方程组，是经典电磁学的基本方程。 3．电磁场理论的应用和发展 1887年，德国科学家赫兹用火花隙激励一个环状天线，用另一个带隙的环状天线接收，证实了麦克斯韦关于电磁波存在的预言，这一重要的实验导致了后来无线电报的发明。从此开始了电磁场理论应用与发展时代，成为当代最活跃的学科领域 无线电报 1895年，意大利马可尼成功地进行了2.5公里距 离的无线电报传送实验。1896年，波波夫进行了 约250米距离的类似试验,1899年, 无线电报跨越 英吉利海峡的试验成功；1901年，跨越大西洋的 3200公里距离的试验成功。开始了利用电磁波进 行信息传输的时代。马可尼以其在无线电报等领 域的成就，获得1909年的诺贝尔奖奖。 有线电话 1876年, 美国科学家贝尔在美国建国100 周年博览会上展示了他所发明 的有线电 话。此后,有线电话便迅速普及开来。 广播 1906年，美国费森登用50千赫频率发电机作发射 机，用微音器接入天线实现调制，使大西洋航船 上的报务员听到了他从波士顿播出的音乐。1919 年，第一个定时播发 语言和音乐的无线电广播电 台在英国建成。次年，在美国的匹兹堡城又建成 一座无线电广播电台。 电视 1884年，德国尼普科夫提出机械扫描电视的设 想，1927年，英国贝尔德成功地用电话线路把 图像从伦敦传至大西 洋中的船上。兹沃霄金在 1923年和1924年相继发明了摄像管和显像管。 1931年，世界上 第一个全电子电视系统出现。 雷达（Radio Detection and Ranging） 1922年，意大利科学家G·马可尼发表了无 线电波能检测物体的论文，是雷达最早的 基本概念。雷达作为一种探测目标的电子 设备，产生于二次世界大战。雷达的英文 RADAR是Radio Detection And Ranging的 缩写，意为“无线电探测和测距”。 1936年，英国的瓦特设计的警戒雷达最先投入了运 行。有效地警戒了来自德国的轰炸机。1938年，美 国研制成第一部能指挥火炮射击的火炮控制雷达。 1940年，多腔磁控管的发明，微波雷达的研制成为 可能。1944年，自动跟踪飞机的雷达研制成功， 1945年，能消除背景干扰显示运动目标的显示技术 发明, 使雷达更加完善。在整个第二次世界大战期 间,雷达成了电磁场理论最活跃的部分。 卫星通信技术 1958年,美国发射低轨的“斯科尔”卫星成功, 这是 第一颗用于通信的试验卫星。1964年,借助定