电磁场与电磁波全套课件

20 世纪以来，在对电磁场的理论和实验进行深入研 究的过程中，人们所提出的两个看似简单的问题使得电 磁学理论沿着两个方向开始发展。 第一个问题 电磁辐射的本质是什么？
麦克斯韦的理论将电磁辐射作为纯粹的波来处理，但许 多实验却表明辐射并不连续。于是，普朗克假设，电磁波只 能是以一种能量包的形式被发射或吸收，他由此创立了量子 力学，这种能量包就被称为能量子。1905年，爱因斯坦用光 量子理论成功地解释了光电效应，并指出所有物质和辐射都 具有波粒二象性。这一结论随后即从物理学家们的理论分析 和精密实验中得到了证实，这个结论复活了牛顿的光微粒论 ，同时也使力学与电磁学近二十年的明显对立消除了。 第二个问题 电磁波在什么媒质中传播？
●英国科学家 迈克尔· 法拉第
(Michael Faraday 1791—1867) 法拉第1791年9月22日生在一个手工工人家庭，父亲是 一个铁匠，家里人没有特别的文化，而且颇为贫穷。 但由 于他的勤学好问，1812年成为了伦敦皇家学院院长戴维的助手， 他的科学研究道路由此而展开 。 法拉第所研究的课题广泛多样，按编年顺序排列,有如下各 方面：铁合金研究（1818－1824）；氯和碳的化合物（1820）； 电磁转动（1821）；气体液化（1823，1845）；光学玻璃（1825 －1831）；苯的发明（1825）；电磁感应现象（1831）；不同来 源的电的同一性（1832）；电化学分解（1832年起）；静电学， 电介质（1835年起）；气体放电（1835年）；光、电和磁（1845 年起）；抗磁性（1845年起）；"射线振动思想"（1846年起）； 重力和电（1849年起）；时间和磁性（1857年起）。
●德国物理学家 赫兹
（(Heinrich Rudolf Hertz, 1857～1894)
赫兹生于汉堡，早在少年时代就被光学和力学实验所吸 引。十九岁入德累斯顿工学院学工程，由于对自然科学的爱 好，次年转入柏林大学，在物理学教授亥姆霍兹指导下学习
。1885年任卡尔鲁厄大学物理学教授。1889年，接替克劳修
●法国物理学家 查利· 奥古斯丁· 库仑
（Charles Augustin de Coulomb 1736～1806） 电学是物理学的一个重要分枝，在它的发展过程中，很多 物理学巨匠都曾作出过杰出的贡献。法国物理学家查利· 奥古斯 丁· 库仑就是其中影响力非常巨大的一员。 1785年，库仑用自己发明的扭秤建立了静电学中著名的库 仑定律。同年，他在给法国科学院的《电力定律》的论文中详 细地介绍了他的实验装置，测试经过和实验结果。
对于这个问题的研究产生了爱因斯坦的相对论。
由此看来在任何意义上，我们都不能轻视一个多世纪 来电磁场理论对科学技术以及人类社会所做出的巨大贡献。
可以毫不夸张地说，没有电磁场理论的发展，就不可能有现
代信息化社会的出现。由于电磁场理论对整个电子和信息技 术的发展所起到的如此强大的推动力，迫使人们必须去了解 并解决各种复杂条件下的电磁工程中的技术和设计问题，从 这个意义上来说，学习电磁场理论就成为了整个行动的第一
19世纪，科学界将物质间的作用力归结为三大类：
引力、电力 和 磁力
伽利略、尤其是牛顿在引力方面所获得的成果曾经几乎覆 盖了整个科学领域，它对人类科学技术的发展产生了巨大的影 响和推动。然而，这种并不直接接触、也不需要媒质而瞬时就 能产生作用的牛顿引力的背后还隐藏着什么呢？19世纪的许多 科学家在被迫接受和承认牛顿引力的超距作用的同时，却拒不 接受电力和磁力也是如此。于是，法拉第和麦克斯韦提出了场 的概念，即场是以有限速度传播的能够作为物体间相互作用的 媒介。由此而出现的场论，看似毁坏了牛顿物理的根基，实则 是开辟了通向电磁学、而后是相对论的道路。 麦克斯韦的电磁理论这时就成为了电磁世界的理论核心， 他的伟大理论简明扼要并严格地统一了电与磁的关系，这看起 来好像是简化了物理学的理论，但实际上却使问题变得更加复 杂了，因为它使伽利略和牛顿所构筑的宇宙图像“顿起祸端”
电磁场与电磁波基础 （第2版）
Fundamentals of Electromagnetic Fields and Waves
电子工业出版社
前
言
电磁场与电磁波理论是近代自然科学中，理论相对最完整 、应用最广泛的支柱学科之一。电磁场与电磁波技术已遍及人 类的科学技术、政治、经济、军事、文化以及日常生活的各个 领域。 人类对电磁现象的认识源远流长，但其知识与应用开始形 成系统化和理论化则始于18世纪，伽伐尼、伏打、高斯、富兰 克林、卡文迪什、库仑等著名科学家对电磁现象所作的卓有成 效的研究启动了电磁世界这一巨轮的运转。 19世纪是电磁研究蓬勃开展的时代，法拉第、欧姆、傅立 叶、基尔霍夫、奥斯特、安培、毕奥、萨伐尔、麦克斯韦、斯 托克斯、汤姆森、赫兹、楞次、雅可比、西门，单单从这些名 字和科学家的阵容，你就可以感受到这一时期的电磁科学取得 了多么辉煌的成就。
斯担任波恩大学物理学教授，直到逝世。 赫兹对人类最伟大的贡献是用实验证实了电磁波的存在 。
●法国物理学家 安培
(AndréMarie Ampè1775～1836年) 安培1775年1月22日生于里昂一个富商家庭。年少时就显 出数学才能。 安培最主要的成就是1820～1827年对电磁作用的研究： ①发现了安培定则 ②发现电流的相互作用规律 ③发明了电流计 ④提出分子电流假说 ⑤总结了电流元之间的作用规律——安培定律
步。
科学家小传
●英国科学家
詹姆斯.克拉克.麦克斯韦
（James Clerk Maxwell 1831-1879） 麦克斯韦是继法拉第之后，集电磁学大成的伟大科学家。 他依据库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、萨伐尔、法拉第等前 人的一系列发现和实验成果，建立了第一个完整的电磁理论体 系，不仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁 现象的本质的统一性，完成了物理学的又一次大综合。这一理 论自然科学的成果，奠定了现代的电力工业、电子工业和无线 电工业的基础。