试论述电磁场理论的发展历史以及在现在科技中的应用.doc

02113002 何海波电磁场理论的发展历史以及在现在科技中的应用对电磁场现象的研究是从十六世纪下半叶英国伊莉莎白女王的试医官吉尔伯特开始，然而他的研究方法很原始，基本上是定性地对现象的总结。对电磁场的近代研究是从十八世纪的卡文迪许、库伦开始，他们开创了用测量仪器对电磁场现象做定量的规律，引起了电磁场从定性到定量的飞跃。库仑定律的建立基于英国科学家卡文迪许在1772年做的一个一个电学实验，他用一个金属球壳使之带电，发现电荷全部分布在球壳的外表面，球腔中任何一点都没有电的作用。库伦定律揭示了电荷间的静电作用力与它们之间的距离平方成反比。安培在假设了两个电流元之间的相互作用力 沿着它们的连线之间的作用力正比于它们的长度和电流强度，而与它们之间的距离的平方成反比的公式，即提出了著名的安培环路定理。基于这与牛顿万有引力定律十分类似，S.D.泊松、C.F.高斯等人仿照引力理论，对电磁现象也引入了各种场矢量，如电场强度、电通量密度（电位移矢量）、磁场强度、磁通密度等，并将这些量表示为空间坐标的函数。但是当时对这些量仅是为了描述方便而提出的数学手段，实际上认为电荷之间或电流之间的物理作用是超距作用。直到M.法拉第,他认为场是真实的物理存在,电力或磁力是经过场中的力线逐步传递的，最终才作用到电荷或电流上。他在1831年发现了著名的电磁感应定律，并用磁力线的模型对定律成功地进行了阐述，但是电磁感应定律的确认是在1851年，这一过程花了20年。1846年,M.法拉第还提出了光波是力线振动的设想，为以后麦克斯韦从数学上建立电磁场理论奠定了基础。J.C.麦克斯韦继承并发展了法拉第的这些思想，仿照流体力学中的方法，采用严格的数学形式,将电磁场的基本定律归结为4个微分方程，人们称之为麦克斯韦方程组。在方程中麦克斯韦对安培环路定律补充了位移电流的作用，他认为位移电流也能产生磁场。根据这组方程，麦克斯韦还导出了场的传播是需要时间的，其传播速度为有限数值并等于光速，从而断定电磁波与光波有共同属性，预见到存在电磁辐射现象。静电场、恒定磁场及导体中的恒定电流的电场，也包括在麦克斯韦方程中，只是作为不随时间变化的特例。麦克斯韦全面地总结了电磁学研究的全部成果，并在此基础上提出了“感生电场”和“位移电流”的假说，建立了完整的电磁场理论体系，不仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁现象的内在联系及统一性，完成了物理学的又一次大综合。他的理论成果为现代无线电电子工业奠定了理论基础。1873年，麦克斯韦发表了电磁场通论一书，这是替补集地磁场理论值大成的经典著作。受麦克斯韦理论的影响，赫兹用实验证实了为宜电流和电磁波的存在，证实了电磁波与光波的一致性，这不仅给与电磁场理论一决定性的证明，而且是麦克斯韦iede理论得到了人们的普遍承认，而且也为人类利用无线电奠定了重大的实验基础电磁场理论的发展经历了很长时间，从发现到证实，从现象到理论，这一过程需要几代物理学家的努力付出。 电磁场理论在现代科技中有着广泛的应用。现代电子技术如通讯、广播、导航、雷达、遥感、测控、嗲面子对抗、电子仪器和测量系统，都离不开电磁场的发射，控制、传播和接收；从假期，工业自动化到地质勘测，从电力、交通等工业农业到医疗卫生等国民经济领域，几乎全都涉及到电磁场理论的应用。不仅如此，电磁学一直是，将来仍是新兴科学的孕育点。接下来举几个具体的例子来说明电磁场理论在科技中的应用。1、 电磁波在隐形技术中的应用。隐形技术的一项主要工作是提高反雷达侦测得能力，也就是提高目标在雷达侦测下的隐形性能，通常藉由目标的雷达散射截面积表示体积。所谓雷达散射截面积使之：目标被雷达散射的电磁波侦测是，器反射电磁波能量的程度。雷达散射截面积的大小，反映了目标反射电磁波能量的强弱，器越小，雷达就越不易探测到目标。2、电磁波技术在停车场管理系统中的应用随着智能停车场管理系统在国内的不断普及，用户对停车场管理的要求也不断改变和提高，除了电子技术、计算机技术、短距离射频技术和通讯技术的充分运用之外，远距离射频识别技术也慢慢受到用户的青睐。CTST2000型智能停车场远距离射频识别系统设备是在充分运用世界先进电磁波技术的基础上，通过远距离射频识别技术、网络通信技术、自动控制技术等应用技术的有机结合而研制成功的，它填补了国内智能卡应用技术领域的一项空白。本远距离射频识别系统的感应距离在1m-10m之间可调，并不同于进口相关设备的昂贵和安装的不便。用户只需在普通停车场系统配置的基础上增加本远距离识别系统设备，就可实现停车场车辆不停车进出，有效防止人为因素给停车场管理带来的破坏和干扰，实现停车场的智能化科学管理，确保车辆安全。3探地雷达采用探地雷达对矿井防水体进行缺陷探测，是利用探地雷达发射的电磁波在地下介质仲传播规律的研究与波场特点的分析，结合岩石力学的理论分析和计算，查明介质结构、属性、几何形态及其空间分布特点，从而对矿井防水体（包括防水闸墙、门）的安全可靠性进行评价。4、无线电波无线电波的范围波长为15 公分2公里的电磁波。无线电波常被用于距离的通讯，如电视机，收音机等频道多是屯用到无线电波不一被阻挡、折射、变频等特性。现今也用无线电波来探索宇宙遥远处的奥秘。5、微波微波常被用于短距离的通讯或遥控，如电视机、冷气机、音响等遥控器多是运用到微薄的原理。其中，由于微波波长短，直线传播特性强，只能视距传输，但地球表面是弧形因此每隔一段距离建设中继站用以接收和发送，实现远距离传送。因而发展卫星通讯，发射的微波信号能覆盖地球40%面积，而且其运行轨道与地球自转一样，确保信息可在任何时候传播容量大（能让6万人同时打长途电话）。微波还可以用来测量海水的盐度，海风速度、风向和波浪高度 ; 还可用于杀菌。6 、超声波工业上可用于测量材料的厚度，硬度，晶粒度等；还可以碪探分层、裂缝、折迭等缺陷焊接材料 (高温使接触面融化，融为一体)；另外可作清洗剂 (发出电磁波，与清洗表面产生摩擦，发生小爆炸，使表面污垢剥落)。化学上可以用于产生乳化 (在油水混合时向其发射声波，可让油水产生乳化作用)。军事上，潜水艇发出声波侦察鱼雷、潜艇、鱼群等目标(发射器发出声波，遇到目标会被反射，经接收后处理，在荧光幕上显示出来)。7、红外线用热像仪能将物体与环境红外辐射能量的差异以图显示出来，使人在夜间或灰蒙的情况下仍能清楚看到景象；还能能精确地量度温度，测温范围广从零下几十度到几千度；红外线现在主要用于发展遥感技术，有以下几个方面的应用：-作遥感器，发射或接收信息-测量大气，海洋和陆地的温度-通过地面温差，掌握高山、沙漠、河流等的