工程电磁场：绪论

1、1. 1. 电气工程专业类的基础；电气工程专业类的基础； 电气类各专业的核心内容都是研究电磁现象在特定范围、电气类各专业的核心内容都是研究电磁现象在特定范围、条件下的体现条件下的体现2. 2. 新技术理论的基础。新技术理论的基础。 近代科学技术发展进程表明，电磁场理论是众多交叉学近代科学技术发展进程表明，电磁场理论是众多交叉学科的生长点和新兴边缘学科发展的基础科的生长点和新兴边缘学科发展的基础由于电磁场知识的由于电磁场知识的基础性基础性，有必要在物理电磁场的基础上，有必要在物理电磁场的基础上进一步研究进一步研究宏观电磁场宏观电磁场现象和电磁过程的现象和电磁过程的基本规律基本规律及及分析分析计算

2、方法计算方法。1. 场2. 电场、磁场及统一的电磁场3. 电磁场的发展与展望4.与其它学科的关系5. 学期计划6. 参考文献1. 场2. 电场、磁场及统一的电磁场3. 电磁场的发展与展望4.与其它学科的关系5. 学期计划6. 参考文献( (1) 1) 物理：物理：遍及遍及个被界定的或无限扩展的空间内，存在着某种必须个被界定的或无限扩展的空间内，存在着某种必须予以重视、研究的效应予以重视、研究的效应物理物理量量分布着某物理量的空间分布着某物理量的空间( (2) 2) 数学：数学：给定区域内各点数值的集合，并由此规定了该区域内某一给定区域内各点数值的集合，并由此规定了该区域内某一特定量的特性。特定

3、量的特性。某物理量关于空间和时间的函数某物理量关于空间和时间的函数),(trFF矢量：矢量：标量：标量：),(tr空间矢量时间研究场的目的研究场的目的： 寻找这种函数，寻找该类效应，由此而解决一定的问题。寻找这种函数，寻找该类效应，由此而解决一定的问题。1. 场2. 电场、磁场及统一的电磁场3. 电磁场的发展与展望4.与其它学科的关系5. 学期计划6. 参考文献(1) (1) 电场电场：在电荷的周围存在着一种特殊的物质，它对引入其中的在电荷的周围存在着一种特殊的物质，它对引入其中的电荷电荷有一种力的作用。有一种力的作用。(2) (2) 磁场磁场：在磁体或通电导线的周围存在着一种特殊的物质，对引

4、入其在磁体或通电导线的周围存在着一种特殊的物质，对引入其中的中的运动电荷运动电荷有一种力的作用。有一种力的作用。相异点相异点 电场力只与电荷大小有关，磁场力与电荷的运动状态电场力只与电荷大小有关，磁场力与电荷的运动状态( (速度、速度、 方向有关方向有关) )。相同点相同点 “电荷的效应电荷的效应”，磁场只是电荷另外一种效应的，磁场只是电荷另外一种效应的“别名别名”。(3) (3) 统一的电磁场统一的电磁场：电场与磁场互相依赖和制约，互为：电场与磁场互相依赖和制约，互为“源泉源泉”。变。变化的电场可以产生磁场，变化的磁场可以产生电场，在空间产生电磁波。化的电场可以产生磁场，变化的磁场可以产生电

5、场，在空间产生电磁波。1. 场2. 电场、磁场及统一的电磁场3. 电磁场的发展与展望4.与其它学科的关系5. 学期计划6. 参考文献3.1 发展发展 (1) (1) 实验定律的建立：实验定律的建立：1818世纪以来，静电的库仑定律、电路的欧姆定世纪以来，静电的库仑定律、电路的欧姆定律、电流之间相互作用的安培定律律、电流之间相互作用的安培定律 、电磁感应定律已经建立。、电磁感应定律已经建立。 (2) (2) “场场”论的提出：法拉第论的提出：法拉第( (英，英，Faraday)Faraday)开创性地认为，任何相互开创性地认为，任何相互作用都不可能是超距的应通过某种作用都不可能是超距的应通过某种

6、媒质媒质传递，这种媒质称作传递，这种媒质称作“场场”，存，存在于电荷、电流、磁体周围，提出了在于电荷、电流、磁体周围，提出了“场线场线”的概念。的概念。 (3) (3) 统一电磁场的建立：统一电磁场的建立：麦克斯韦麦克斯韦( (英，英，Maxwell)Maxwell)引用流体力学的数引用流体力学的数学方法描述电场、磁场。学方法描述电场、磁场。 正、负电荷比作流体的源与汇，电场线比正、负电荷比作流体的源与汇，电场线比作流线；电场强度比作流速。作流线；电场强度比作流速。 1865年，总结出由精辟的数学语言表达的四个微分方程年，总结出由精辟的数学语言表达的四个微分方程麦克麦克斯韦电磁场方程（斯韦电磁

7、场方程（MaxwellMaxwells Equationss Equations），成为宏观电磁场理论的基础），成为宏观电磁场理论的基础和核心。和核心。历史地位历史地位： Maxwell电磁场理论是电磁场理论是19世纪物理学中最伟大的成就，是继世纪物理学中最伟大的成就，是继Newton力学力学之后物理史上又一次划时代的伟大贡献，完成了宏观电磁场的最终总结。它之后物理史上又一次划时代的伟大贡献，完成了宏观电磁场的最终总结。它的建立标志着电磁学的研究发展到了一个新的阶段。从此，一个广阔领域内的建立标志着电磁学的研究发展到了一个新的阶段。从此，一个广阔领域内的理论基础宣告形成，从而开拓了广泛的研究领

8、域。的理论基础宣告形成，从而开拓了广泛的研究领域。tDJHCtBE0 B D全电流定律全电流定律电磁感应定律电磁感应定律磁通连续性原理磁通连续性原理高斯定律高斯定律 18651865年，年，MaxwellMaxwell将安培环路定律、电磁感应定律、磁通连续性原理、将安培环路定律、电磁感应定律、磁通连续性原理、高斯通量定律应用于空间的微分元素上，引入高斯通量定律应用于空间的微分元素上，引入位移电流位移电流概念，使相互激励概念，使相互激励的电场和磁场形成不可分割的统一体的电场和磁场形成不可分割的统一体电磁场，精辟地由四个方程来描电磁场，精辟地由四个方程来描述述MaxwellMaxwell电磁场方程

9、。电磁场方程。3.2 展望展望 电磁场理论是日趋发展的电工、电子、信息技术的理论电磁场理论是日趋发展的电工、电子、信息技术的理论基础，遍及军事、生态、医疗、天文、地质等众多领域新基础，遍及军事、生态、医疗、天文、地质等众多领域新技术的生长点。技术的生长点。(3) (3) 工程应用：电磁设备模型的等效与建立，解决问题。工程应用：电磁设备模型的等效与建立，解决问题。(1) (1) 电磁场理论的发展：对电磁现象本质的探讨。电磁场理论的发展：对电磁现象本质的探讨。(2) (2) 电磁场方法的改进，精度的提高。电磁场方法的改进，精度的提高。(4) (4) 电磁场软件的开发。电磁场软件的开发。1. 场2.

10、 电场、磁场及统一的电磁场3. 电磁场的发展与展望4.与其它学科的关系5. 学期计划6. 参考文献(1) (1) 高等数学：微积分是工具。高等数学：微积分是工具。(4) (4) 普通物理：电磁学基本概念的建立。普通物理：电磁学基本概念的建立。(2) (2) 工程数学工程数学矢量分析与场论：矢量、标量及其运算，梯度、散度、矢量分析与场论：矢量、标量及其运算，梯度、散度、旋度，各类积分。旋度，各类积分。(5) (5) 电路：是电路：是“积分积分”观点，场是观点，场是“微分微分”观点。观点。(6) (6) 电机学：为电机的设计制造，优化提供工具，分析其中的电磁过程。电机学：为电机的设计制造，优化提供

11、工具，分析其中的电磁过程。(7) (7) 电器原理：电力设备中的电磁现象。电器原理：电力设备中的电磁现象。(8) (8) 电力电子：分析其中的电磁干扰。电力电子：分析其中的电磁干扰。(3) (3) 计算机技术：熟悉计算机语言：计算机技术：熟悉计算机语言：C C，MatlabMatlab。(9) (9) 电力工程：高电压技术、电力系统稳态、电力系统暂态、电力系电力工程：高电压技术、电力系统稳态、电力系统暂态、电力系统继电保护。统继电保护。承承上上启启下下1. 场2. 电场、磁场及统一的电磁场3. 电磁场的发展与展望4.与其它学科的关系5. 学期计划6. 参考文献(1) (1) 课堂讲授为主：总共

12、课堂讲授为主：总共4 40 0学时，复习学时，复习2 2学时。学时。(2) (2) 课后：作业为辅，适当计成绩。课后：作业为辅，适当计成绩。(3) (3) 答疑：课后答疑为主，考前安排答疑：课后答疑为主，考前安排1-21-2次集中答疑。次集中答疑。(4) (4) 课外阅读：同步指定参考书。课外阅读：同步指定参考书。(5) (5) 作业：课后习题。作业：课后习题。(6) (6) 考核：期末（考核：期末（8080）考勤（）考勤（1010）作业（）作业（1010）。）。1. 场2. 电场、磁场及统一的电磁场3. 电磁场的发展与展望4.与其它学科的关系5. 学期计划6. 参考文献1 1 陈熙谋，陈秉乾

13、陈熙谋，陈秉乾. . 电磁学定律和电磁场理论得建立和发展电磁学定律和电磁场理论得建立和发展 M. M. 高等教育出版社高等教育出版社, 1992.7., 1992.7.2 2 徐在新徐在新. . 宓子宏宓子宏. . 从法拉第到麦克斯维从法拉第到麦克斯维 M. M. 科学出版社，科学出版社，1986.1986.3 3 M.H.M.H.沙摩斯沙摩斯. . 物理史上得重要实验物理史上得重要实验 M. M. 科学出版社，科学出版社，1985.1985.4 4 倪光正倪光正. . 工程电磁场原理工程电磁场原理 M. M. 高等教育出版社，高等教育出版社，2002.6.2002.6.5 5 杨弃疾杨弃疾.

14、 . 电磁场理论电磁场理论( (上上)M. M. 高等教育出版社，高等教育出版社，1992.7.1992.7. 麦克思维是麦克思维是1919世纪伟大的英国物理学家、数学家。世纪伟大的英国物理学家、数学家。18311831年年1111月月1313日生于苏格兰的爱丁堡，自幼聪颖，父亲是个知识渊博的律师，使麦日生于苏格兰的爱丁堡，自幼聪颖，父亲是个知识渊博的律师，使麦克斯韦从小受到良好的教育。克斯韦从小受到良好的教育。1010岁时进入爱丁堡中学学习岁时进入爱丁堡中学学习1414岁就在爱岁就在爱丁堡皇家学会会刊上发表了一篇关于二次曲线作图问题的论文，已显丁堡皇家学会会刊上发表了一篇关于二次曲线作图问题

15、的论文，已显露出出众的才华。露出出众的才华。18471847年进入爱丁堡大学学习数学和物理。年进入爱丁堡大学学习数学和物理。18501850年转年转入剑桥大学三一学院数学系学习，入剑桥大学三一学院数学系学习，18541854年以第二名的成绩获史密斯奖年以第二名的成绩获史密斯奖学金，毕业留校任职两年。学金，毕业留校任职两年。18561856年在苏格兰阿伯丁的马里沙耳任自然年在苏格兰阿伯丁的马里沙耳任自然哲学教授。哲学教授。18601860年到伦敦国王学院任自然哲学和天文学教授。年到伦敦国王学院任自然哲学和天文学教授。18611861年年选为伦敦皇家学会会员。选为伦敦皇家学会会员。18651865

16、年春辞去教职回到家乡系统地总结他的年春辞去教职回到家乡系统地总结他的关于电磁学的研究成果，完成了电磁场理论的经典巨著论电和磁，关于电磁学的研究成果，完成了电磁场理论的经典巨著论电和磁，并于并于18731873年出版，年出版，18711871年受聘为剑桥大学新设立的卡文迪什试验物理年受聘为剑桥大学新设立的卡文迪什试验物理学教授，负责筹建著名的卡文迪什实验室，学教授，负责筹建著名的卡文迪什实验室，18741874年建成后担任这个实年建成后担任这个实验室的第一任主任，直到验室的第一任主任，直到18791879年年1111月月5 5日在剑桥逝世。日在剑桥逝世。 麦克斯韦主要从事电磁理论、分子物理学、统

17、计物理学、光学、力学、弹性理麦克斯韦主要从事电磁理论、分子物理学、统计物理学、光学、力学、弹性理论方面的研究。尤其是他建立的电磁场理论，将电学、磁学、光学统一起来，是论方面的研究。尤其是他建立的电磁场理论，将电学、磁学、光学统一起来，是1919世世纪物理学发展的最光辉的成果，是科学史上最伟大的综合之一。麦克斯韦大约于纪物理学发展的最光辉的成果，是科学史上最伟大的综合之一。麦克斯韦大约于18551855年开始研究电磁学，在潜心研究了法拉第关于电磁学方面的新理论和思想之后，坚信年开始研究电磁学，在潜心研究了法拉第关于电磁学方面的新理论和思想之后，坚信法拉第的新理论包含着真理。于是他抱着给法拉第的理

18、论法拉第的新理论包含着真理。于是他抱着给法拉第的理论“提供数学方法基础提供数学方法基础”的愿的愿望，决心把法拉第的天才思想以清晰准确的数学形式表示出来。他在前人成就的基础望，决心把法拉第的天才思想以清晰准确的数学形式表示出来。他在前人成就的基础上，对整个电磁现象作了系统、全面的研究，凭借他高深的数学造诣和丰富的想象力上，对整个电磁现象作了系统、全面的研究，凭借他高深的数学造诣和丰富的想象力接连发表了电磁场理论的三篇论文：论法拉第的力线（接连发表了电磁场理论的三篇论文：论法拉第的力线（18551855年年12 12 月至月至18561856年年2 2月）；论物理的力线（月）；论物理的力线（186

19、11861至至18621862年）；电磁场的动力学理论（年）；电磁场的动力学理论（18641864年年1212月月8 8日）。对前人和他自己的工作进行了综合概括，将电磁场理论用简洁、对称、完美日）。对前人和他自己的工作进行了综合概括，将电磁场理论用简洁、对称、完美数学形式表示出来，经后人整理和改写，成为经典电动力学主要基础的麦克斯韦方程数学形式表示出来，经后人整理和改写，成为经典电动力学主要基础的麦克斯韦方程组。据此，组。据此，18651865年他预言了电磁波的存在，电磁波只可能是横波，并计算了电磁波的年他预言了电磁波的存在，电磁波只可能是横波，并计算了电磁波的传播速度等于光速，同时得出结论：

20、光是电磁波的一种形式，揭示了光现象和电磁现传播速度等于光速，同时得出结论：光是电磁波的一种形式，揭示了光现象和电磁现象之间的联系。象之间的联系。18881888年德国物理学家赫兹用实验验证了电磁波的存在。麦克斯韦于年德国物理学家赫兹用实验验证了电磁波的存在。麦克斯韦于18731873年出版了科学名著电磁理论。系统、全面、完美地阐述了电磁场理论。年出版了科学名著电磁理论。系统、全面、完美地阐述了电磁场理论。这一理论成为经典物理学的重要支柱之一。在热力学与统计物理学方面麦克斯韦也作这一理论成为经典物理学的重要支柱之一。在热力学与统计物理学方面麦克斯韦也作出了重要贡献，他是气体动理论的创始人之一。出了重要贡献，他是气体动理论的创始人之一。18591859年他首次用统计规律年他首次用统计规律麦克斯麦克斯韦速度分布律，从而找到了由微观两求统计平均值的更确切的途径。韦速度分布律，从而找到了由微观两求统计平均值的更确切的途径。18661866年他给出了年他给出了分子按速度的分布函数的新推导方法，这种方法是以分析正向和反向碰撞为基础的。分子按速度的分布函数的新推导方法，这种方法是以分析正向和反向碰撞为基础的。他引入了驰豫时间的概念