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《电磁场与电磁波》 绪 论 绪论完 * 绪论 * 光电技术系.杨军 Mail: yang_jun25@cuit.edu.cn 一、《电磁场与电磁波》课程涉及的主要研究领域 二、电磁场理论发展简史 三、电磁场理论的主要研究对象 四、学习的目的、方法及其要求 主要研究领域 作为理论物理学的一个 重要研究分支，主要致 力于统一场理论和微观 量子电动力学的研究。 电磁场理论的主要研究领域 作为无线电技术的理 论基础，集中于三大 类应用问题的研究。 作为无线电技术的理论基础，集中于三大 类应用问题的研究： 电磁场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量的产生、储存、变换、传输和综合利用。 电磁波作为信息传输的载体，成为当今人类社会发布信息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、目标特征的获取与重建、探测新技术等。 作为信息的载体应用 于通信、广播、电视 电磁波 作为探求未知物质世界的手段应用于雷达、导航、遥测、遥感和遥控 研究设计产 生能满足各种应用要求的电磁波 能量存在的一种形式 时变电流或加速运动的电荷向空间辐射电磁波 电磁波辐射问题 电磁场理论发展简史 1．电磁场理论的建立 电、磁现象是大自然最重要的往来现象，是最早被科学家们关心和研究的物理现象。 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。但这些研究（特别是伏打1799年发明了电池），为电磁学理论的建立奠定了基础。 库仑于1779年通过实验和采用类比方法归纳、导出了两个静止点电荷间的相互作用规律，即库仑定律，是静电学理论建立的实验基础。 奥斯特从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。 近于同时，安培发现磁力作用的规律——安培力公式。 法拉第敏锐地意识到，电可以对磁产生作用，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。法拉第发现电磁感应定律。 麦克斯韦在法拉第实验的基础上，总结了宏观电磁现象的规律，引入了“感生电场”、“位移电流”两个概念，其核心思想是：变化的磁场要产生感生电场，变化的电场也要产生磁场。在此基础上，1864年提出了一套偏微分方程来表达电磁现象的基本规律，称为麦克斯韦方程组，是经典电磁场理论的基本方程。 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，并且发展成为当代最引人注目的学科之一。 赫兹设计的电磁波发生和接收装置 （a）是振荡电路，含有两个金属放电杆，每根杆的一端有一金属球，两球间有一个敞开的空气隙。 （b）是一个检测电磁波的装置 ，不带电池或其它内部电源，是将一条导线弯成圆形，在导线的两端焊上两个金属小球，小球间留有小的间隙 。 无线电报 1895年，（意）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。 马可尼以其在无线电报等领域的成就，获得了1909年的诺贝尔奖金物理学奖。无线电报的发明，开始了利用电磁波时期。 有线电话 1876年,（美）A.G.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。 2、电磁场理论的应用和发展 广播 1906年，（美）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）尼普科夫提出机械扫描电视的设想，1927年，（英）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和1924年相继发明了摄像管和显像管。1931年，他组装成世界上第一个全电子电视系统。 雷达（Radio Detection and Ranging无线电探测和测距） 二次世界大战前夕，