电磁场理论发展历史及其在现代科技中的应用

电磁场理论发展历史及其在现代科技中的应用

摘要：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。在本文中主要介绍电磁场理论发现和发展的历史以及在现代科技中的也应用。

关键词：电磁学电磁场理论现代科技

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。

电磁场理论的发现揭开了电磁学的发展新的篇章，也对未来的科技发展有巨大的作用。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、电磁场理论在医学上的应用：今年来，极低频电磁场生物学效应的研究日益引起人们的关注。一些流行病学研究结果表明，暴露于极低频电磁场可使儿童白血病的发病率增加，然而，另一方面，极低频电磁场又广泛应用于临床治疗，例如骨折的愈合，软骨组织损伤修复等。研究和探明其生物学和物理学机制具有重大的理论和应用价值。

2、电磁场理论在地质学上的应用：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。

3、在军事上的应用：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。

4电磁场理论在工程上的应用：利用电磁原理搬运钢铁物品的机器。电磁起重机的主要部分是磁铁。接通电流，电磁铁便把钢铁物品牢牢吸住，吊运到指定的地方。切断电流，磁性消失，钢铁物品就放下来了。电磁起重机使用十分方便，但必须有电流才可以使用，可以应用在废钢铁回收部门和炼钢车间等。

参考文献

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2 我国电磁场理论研究的现状及发展展望——《电子科学学刊》1994年04期

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10 《电磁场理论与微波技术基础》周希郎