电磁场理论课件.pptx

序論一、電磁場理論的主要研究領域二、磁場理論發展簡史三、電磁場理論的主要研究對象四、學習的目的、方法及其要求一、電磁場理論的主要研究領域作為理論物理學的一個重要研究分支，主要致力於統一場理論和微觀量子電動力學的研究。電磁場的主要研究領域作為無線電技術的理論基礎，集中於三大類應用問題的研究。三大類應用問題：?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生、儲存、變換、傳輸和綜合利用。?電磁波作為資訊傳輸的載體，成為當今人類社會發佈和獲取資訊的主要手段，主要研究領域為資訊的產生、獲取、交換、傳輸、儲存、處理、再現和綜合利用。?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、目標特徵的獲取與重建、探測新技術等。二、磁場理論發展簡史1．電磁場理論的早期研究電、磁現象是大自然最重要的往來現象，也最早被科學家們關心和研究的物理現象，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、磁現象作為兩個獨立的物理現象，沒有發現電與磁的聯繫。但是由於這些研究（特別是伏打1799年發明了電池），為電磁學理論的建立奠定了基礎。2．電磁場理論的建立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、熱是相互聯繫的。奧斯特是謝林的信徒，他從1807年開始研究電磁之間的關係。1820年，他發現電流以力作用於磁鍼。安培發現作用力的方向和電流的方向以及磁鍼到通過電流的導線的垂直線方向相互垂直，並定量建立了若干數學公式。法拉第在謝林的影響下，相信電、磁、光、熱是相互聯系的。奧斯特1820年發現電流以力作用於磁鍼後，法拉第敏銳地意識到，電可以對磁產生作用，磁也一定能夠對電產生影響。1821年他開始探索磁生電的實驗。1831年他發現，當磁捧插入導體線圈時；導線圈中就產生電流。這表明，電與磁之間存在著密切的聯繫。麥克斯韋深入研究並探討了電與磁之間發生作用的問題，發展了場的概念。在法拉第實驗的基礎上，總結了宏觀電磁現象的規律，引進位移電流的概念。這個概念的核心思想是：變化著的電場能產生磁場；與變化著的磁場產生電場相對應。在此基礎上提出了一套偏微分方程來表達電磁現象的基本規律，稱為麥克斯韋方程組，是經典電磁學的基本方程。3．電磁場理論的應用和發展1887年，德國科學家赫茲用火花隙激勵一個環狀天線，用另一個帶隙的環狀天線接收，證實了麥克斯韋關於電磁波存在的預言，這一重要的實驗導致了後來無線電報的發明。從此開始了電磁場理論應用與發展時代，並且發展成為當代最引人注目的學科之一。無線電報1895年，義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,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明的有線電話。此後,有線電話便迅速普及開來。廣播1906年，美國費森登用50千赫頻率發電機作發射機，用微音器接入天線實現調製，使大西洋航船上的報務員聽到了他從波士頓播出的音樂。1919年，第一個定時播發語言和音樂的無線電廣播電臺在英國建成。次年，在美國的匹茲堡城又建成一座無線電廣播電臺。電視1884年，德國尼普科夫提出機械掃描電視的設想，1927年，英國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。茲沃霄金在1923和1924年相繼發明了攝像管和顯像管。1931年，他組裝成世界上第一個全電子電視系統。雷達（RadioDetectionandRanging）二次世界大戰前夕，飛機成為主要進攻武器。英、美、德、法等國競相研製一類能夠早期警戒飛機的裝置。1936年，英國的瓦特設計的警戒雷達最先投入了運行。有效地警戒了來自德國的轟炸機。1938年，美國研製成第一部能指揮火炮射擊的火炮控制雷達。1940年，多腔磁控管的發明，微波雷達的研製成為可能。1944年，能夠自動跟蹤飛機的雷達研製成功。1945年，能消除背景干擾顯示運動目標的顯示技術的發明,使雷達更加完善。在整個第二次世界大戰期間,雷達成了電磁場理論最活躍的部分。衛星通信技術1958年,美國發射低軌的“斯科爾”衛星成功,這是第一顆用於通信的試驗衛星。1964年,借助定點同步通信衛星首次實現了美、歐、非三大洲的通信和電視轉播。1965年,第一顆商用定點同步衛星投入運行。1