电磁场与电磁波第0章

1、电磁场与电磁波电磁场与电磁波Electromagnetic Field and Electromagnetic Field and WaveWave 理学院理学院高功率微波技术实验室高功率微波技术实验室赵赵 柳柳联系方法：联系方法： 电话：电话：8760175287601752 实验室：九里校区信息楼实验室：九里校区信息楼01300130 电子邮件：电子邮件： 课件下载地址：课件下载地址： 密码：密码：111111111111序论序论课程介绍课程介绍v教学目的教学目的v基本概念基本概念v电磁场理论的发展历史电磁场理论的发展历史v应用举例应用举例v学时安排及各章重点学时安排及各章重点v学习方法学

2、习方法v考试与答疑考试与答疑教学目的教学目的v通过课堂教学，主要介绍电磁场与电磁波的通过课堂教学，主要介绍电磁场与电磁波的基本特性及规律基本特性及规律，内容侧重，内容侧重时变电磁场时变电磁场。本。本课程是电子信息类专业本科学生重要的专业课程是电子信息类专业本科学生重要的专业基础课程之一。基础课程之一。基本概念基本概念v场：在场：在指定的时刻指定的时刻，空间每一点如果可以用，空间每一点如果可以用一个量一个量( (标量或矢量标量或矢量) )唯一唯一地描述，则该量地描述，则该量( (标标量或矢量量或矢量) )函数定出函数定出 ( (标量或矢量标量或矢量) )场。场。 数学角度描述数学角度描述v场：没

3、有确定的空间范围，是以连续形式存场：没有确定的空间范围，是以连续形式存在着的物质形态。在着的物质形态。 大学物理大学物理 基本概念基本概念v电场和磁场电场和磁场 静止电荷周围的效应表现为对于带电体有力的静止电荷周围的效应表现为对于带电体有力的作用，这种效应是由作用，这种效应是由电场电场产生的。不随时间变化的产生的。不随时间变化的电场称为电场称为静电场静电场。 运动电荷或电流周围除电场外，还表现对于磁运动电荷或电流周围除电场外，还表现对于磁铁和载流导体有力的作用，这种效应是由铁和载流导体有力的作用，这种效应是由磁场磁场产生产生的。不随时间变化的磁场称为的。不随时间变化的磁场称为恒定磁场恒定磁场。

4、 电场和磁场都以力的现象表现，因此都是电场和磁场都以力的现象表现，因此都是矢量矢量场场。 静电场与恒定磁场相互静电场与恒定磁场相互无关无关、彼此独立，可以、彼此独立，可以分别进行研究。分别进行研究。基本概念基本概念v电磁波电磁波 如果电荷及电流均随时间改变，它们产如果电荷及电流均随时间改变，它们产生的电场及磁场也是随时间变化的，时变的生的电场及磁场也是随时间变化的，时变的电场与时变的磁场可以相互转化，两者不可电场与时变的磁场可以相互转化，两者不可分割，它们构成统一的分割，它们构成统一的时变电磁场时变电磁场。时变电。时变电场与时变磁场之间的相互转化作用，在空间场与时变磁场之间的相互转化作用，在空

5、间形成了形成了电磁波电磁波。基本概念基本概念v物质属性物质属性 电磁场与电磁波是客观存在的一种物质，具有电磁场与电磁波是客观存在的一种物质，具有物质的两种重要属性：物质的两种重要属性：能量能量和和质量质量。但是，电磁场。但是，电磁场与电磁波的质量极其微小，因此，通常仅研究电磁与电磁波的质量极其微小，因此，通常仅研究电磁场与电磁波的能量特性。场与电磁波的能量特性。 电磁场与电磁波既然是一种物质，它的存在和电磁场与电磁波既然是一种物质，它的存在和传播无需依赖于任何媒质。在没有物质存在的真空传播无需依赖于任何媒质。在没有物质存在的真空环境中，电磁场与电磁波的存在和传播会感到更加环境中，电磁场与电磁波

6、的存在和传播会感到更加“自由自由”。因此对于电磁场与电磁波来说，。因此对于电磁场与电磁波来说，真空真空环环境通常被称为境通常被称为“自由空间自由空间”。基本概念基本概念v场与媒质场与媒质 当空间存在媒质时，在电磁场的作用下当空间存在媒质时，在电磁场的作用下媒质中会发生媒质中会发生极化极化与与磁化磁化现象，结果在媒质现象，结果在媒质中又产生二次电场及磁场，从而改变了媒质中又产生二次电场及磁场，从而改变了媒质中原先的场分布，这就是场与媒质的中原先的场分布，这就是场与媒质的相互作相互作用用现象。现象。 先介绍真空中的电磁场，然后再讨论媒先介绍真空中的电磁场，然后再讨论媒质中的电磁场。质中的电磁场。基

7、本概念基本概念v场与源场与源 电荷电荷及及电流电流是产生电磁场是产生电磁场惟一惟一的源。至的源。至今，人们尚未发现自然界中存在磁荷及磁流。今，人们尚未发现自然界中存在磁荷及磁流。然而，有时引入磁荷及磁流的概念是十分有然而，有时引入磁荷及磁流的概念是十分有益的，但是，它们仅是益的，但是，它们仅是假想假想的。研究场与源的。研究场与源的关系是电磁理论的基本问题之一。的关系是电磁理论的基本问题之一。 我们将要详述场与源，以及场与媒质之我们将要详述场与源，以及场与媒质之间的关系，并且给予严格的数学描述。间的关系，并且给予严格的数学描述。电磁场理论的发展历史电磁场理论的发展历史v公元前公元前600 600

8、 希腊希腊摩擦后的琥珀可吸引微小物体摩擦后的琥珀可吸引微小物体v公元前公元前300 300 中国中国磁石吸铁磁石吸铁v公元初公元初 中国中国世界上第一个指南针世界上第一个指南针地球磁场地球磁场v17851785年年 法国法国库仑（库仑（1736-18061736-1806）定律）定律v18201820年年 丹麦丹麦奥斯特（奥斯特（1777-18511777-1851）发现电流的磁）发现电流的磁场场v18201820年年 法国法国安培（安培（1775-18361775-1836）电流回路作用力）电流回路作用力电磁场理论的发展历史电磁场理论的发展历史v18311831年年 英国英国法拉第法拉第电磁

9、感应定律电磁感应定律 变化的磁场产生电场变化的磁场产生电场v18731873年年 英国英国麦克斯韦（麦克斯韦（1831-1879) 1831-1879) 位移电流位移电流时变电场产生磁场时变电场产生磁场 麦克斯韦方程麦克斯韦方程 爱因斯坦（爱因斯坦（1879-19551879-1955）在他所著的）在他所著的“物理学物理学演变演变”一书中关于麦克斯韦方程的一段评述：一书中关于麦克斯韦方程的一段评述：“这这个方程的提出是牛顿时代以来物理学上的一个重要个方程的提出是牛顿时代以来物理学上的一个重要事件，它是关于场的定量数学描述，方程所包含的事件，它是关于场的定量数学描述，方程所包含的意义比我们指出的

10、要丰富得多意义比我们指出的要丰富得多”。电磁场理论的发展历史电磁场理论的发展历史v18871887年年 德国德国赫兹（赫兹（1857-18941857-1894） 实验证实麦氏方程组实验证实麦氏方程组电磁波的存在电磁波的存在v近代近代 俄国的波波夫和意大利的马可尼俄国的波波夫和意大利的马可尼 无线电无线电v二次世界大战二次世界大战雷达雷达 v信息时代信息时代应用举例应用举例v电场力电场力：静电复印、静电除尘以及静电喷漆：静电复印、静电除尘以及静电喷漆v电磁力电磁力：电磁铁、磁悬浮列车、电磁炮以及：电磁铁、磁悬浮列车、电磁炮以及卫星发射卫星发射v电磁波电磁波：无线通信、广播、雷达、卫星定位：无线

11、通信、广播、雷达、卫星定位等等v能量能量：微波炉、微波输能以及高功率微波：微波炉、微波输能以及高功率微波v电子对抗电子对抗与与电磁兼容电磁兼容学时安排及各章重点学时安排及各章重点v第一章第一章 矢量分析（矢量分析（4 4） 梯度，散度，旋度，惟一性梯度，散度，旋度，惟一性定理，亥姆霍兹定理定理，亥姆霍兹定理v第二章第二章 静电场（静电场（6 6） 电场强度，场方程，边界条件，电场强度，场方程，边界条件，能量与力能量与力v第三章第三章 静电场边值问题（静电场边值问题（4 4） 镜像法，分离变量法镜像法，分离变量法v第四章第四章 恒定电流场（恒定电流场（2 2） 电流，电动势，电流连续电流，电动势

12、，电流连续性原理性原理v第五章第五章 恒定磁场（恒定磁场（4 4） 磁感应强度，场方程，边界磁感应强度，场方程，边界条件条件v第六章第六章 电磁感应（电磁感应（4 4） 电磁感应定律，自感与互感，电磁感应定律，自感与互感，能量与力能量与力学时安排及各章重点学时安排及各章重点v第七章第七章 时变电磁场（时变电磁场（6 6） 位移电流，麦克斯韦方程，位移电流，麦克斯韦方程，边界条件，位函数，能流密度矢量，正弦电磁场，边界条件，位函数，能流密度矢量，正弦电磁场，复能流密度矢量复能流密度矢量v第八章第八章 平面电磁波（平面电磁波（1010） 理想介质中的平面波，理想介质中的平面波，极化特性，平面边界上

13、的正投射，任意方向传播的极化特性，平面边界上的正投射，任意方向传播的平面波的表示，平面边界上的斜投射平面波的表示，平面边界上的斜投射v第九章第九章 导行电磁波（导行电磁波（8 8） 矩形波导中的电磁波，矩矩形波导中的电磁波，矩形波导中的形波导中的TETE1010波，同轴线，谐振腔波，同轴线，谐振腔v第十章第十章 电磁辐射（电磁辐射（8 8） 电流元辐射，天线方向性，电流元辐射，天线方向性，线天线，天线阵，对偶原理，镜像原理，互易原理，线天线，天线阵，对偶原理，镜像原理，互易原理，面天线辐射面天线辐射学习方法学习方法v预习预习听课听课复习复习作业作业v重点掌握基本概念与基本方法重点掌握基本概念与基本方法v复习：复习：大学物理大学物理中的中的电磁学电磁学部分部分v自然规律的数学描述自然规律的数学描述 矢量矢量矢量运算、矢量标量化矢量运算、矢量标量化 几条主线几条主线无界与有界，场与媒质，场无界与有界，场与媒质，场与源与源关于考试与答疑关于考试与答疑v期末考试期末考试 70-8070-80v平时成绩平时成绩（作业、半期考试与考勤）（作业、半期考试与考勤）20