电磁场 第一讲 电磁场物理模型构成.讲义

Sichuan University
什么是电磁场？
• 电场和磁场的特点为：
是三维的空间函数（3D）
是空间矢量
不仅是空间的函数，而且是时间的函数
描述场的方程是偏微分方程（PDEs）
Sichuan University
为什么要学习电磁场？
Sichuan University
为什么要学习电磁场？
电路理论和电磁场理论均是电气学科基础课程，和信号 与系统一起号称电气三基石！ 电路理论：提供了计算由集总元件(Lumped Circuit)联 接起来的网络和系统行为的方法以及理论。 电磁场理论：提供了解决所有电气工程与电子工程问题 的根本计算方法和理论，如集总元件伏安关系的建立和 难以用电路理论解决的电磁问题等。 信号与系统：主要研究确知信号的特性，线性时不变系 统的特性，信号通过线性时不变系统的基本分析方法， 信号的采样与恢复以及信号与系统分析方法在某些重要 工程领域的应用等。
工作邮箱：liuyoubo@scu.edu.cn
Sichuan University
一、绪论 1. 什么是场？什么是电磁场？ 2. 为什么要学习电磁场？ 3. 电磁场科学的发展历史是怎么样的？ 4. 本课程的特色、学习方法与基本数学工具 5. 电磁场物理模型构成概述 6. 矢量分析基础回顾
Sichuan University
Sichuan University
为什么要学习电磁场？
上述一切应用均源自电磁场基本理论，因此，电磁 场理论是理解、发展和实现一切与电磁现象与电磁 效应相关技术必不可少的知识本源。
看一段视频
Sichuan University
为什么要学习电磁场？指南针的教训
美国第一任物理学会会长 亨利· 奥古斯特· 罗兰 （ 1883年8月15日在美国国家科学促进会的讲话：为纯科学呼吁) “……我常常被问及这样的问题：纯科学和应用科学究竟哪个对 世界更重要？为了应用科学，纯科学本身必须存在！假如我们停 止纯科学的进步而只留意科学的应用，我们很快就会退化成为中 国人那样！多少代以来中国人没有什么进步，因为他们只满足于 科学的应用，却从来没有追问过他们祖先所做事情中的原理。这 些原理就构成了纯科学！中国人很早就知道火药的应用，如果他 们能用正确的方法来探索“火药应用”的原理，中国人就能够在 实现众多应用的同时还能够发展出化学，甚至物理学！因为只满 足于火药爆炸的事实和应用，而没有寻根问底，中国人已经远远 落后于世界进步；以至于我们现在只将世界上所有众多民族中这 个最古老、人口最多的民族视为野蛮人！……”
Sichuan University
什么是电磁场？
electromagnetic field 定义1：由相互依存的电磁和磁场的总和构成的一种物理场。电 场随时间变化时产生磁场(如何产生？)，磁场随时间变化时又 产生电场(如何产生？)，两者互为因果，形成电磁场。 定义2：在电磁现象的某些量子特征可以被忽略的范围内(宏观 电磁场)，由电场强度E(V/m伏特/米或N/C牛顿/库仑)、电通密 度D(C/m2库伦/平方米)、磁场强度H(A/m安/米)和磁感应强度B(T 特斯拉)四个相互有关的矢量确定的，与电流密度和体电荷密度 一起表征介质或真空中的电和磁状态的场。
Sichuan University
什么是场？
场的图形描述
Sichuan University
什么是场？
• 空间性：场是所关注量的空间分布特性，其可以是矢量 场，也可以是标量场。 • 时间性：场不但是空间的函数，往往也是时间的函数。 • 事件性：当一个事件对另一个空间位置的某个事件产生 影响，称这些事件被场所联系。
工程电磁场导论
教材：《工程电磁场导论》冯慈璋 马西奎 主编 出版社：高等教育出版社 授课讲师：刘友波
Sichuan University
教材介绍：
本教材介绍了电磁场与电磁波的发展历史、基本理论、基本概念、 基本方法及其在现实生活中的应用。主要内容包括:电磁场与电磁波 理论建立的历史意义、静电场与恒定电流电场、电磁场的边值问题、 静磁场、时变场和麦克斯韦方程组、准静态场、平面电磁波的传播 以及有关电磁场理论应用发展方向的概述。 全书沿着电磁场理论发展的历史脉络,追踪前人进行理论与实验探 索的艰辛里程,将历史发展的趣味性与理论叙述和推导有机地结合起 来,同时论述了电磁场理论在日常生活和经济社会中的广泛应用。
Sichuan University
为什么要学习电磁场？
电力工程领域——能源的发、输、配、供
AC/HVDC
Sichuan University
Sichuan University
Sichuan University
Sichuan University
为什么要学习电磁场？
电子信息与工程领域——信息的发、输、配、供 设备：电波设备、无线电、雷达、卫星、光纤、大规 模集成电路、各类通信系统等 各类科学研究 实验(如对撞机加速器)、新能源、新材料、生物电磁、 国家安全、军事(如电磁炮、电磁弹射、高功率电磁脉 冲、电磁干扰、电子战) 其他领域： 电磁兼容、无损电磁探伤、磁悬浮、超导、遥感等
什么是场？
温度场、电场、磁场、电磁场、重力场、引 力场…… 物理场 一种客观存在的特殊形式物质
什么是场？
研究对象？
如何描述？
如果在全部空间或部分空间里的每一点，Baidu Nhomakorabea对 应着某个物理量的一个确定值，就可以说在这 个空间里确定了该物理量的一个场。 数学场 描述上述物质状态、变化、关系的方 法与工具 一般的，作为空间坐标的函数（有时还是时 间的函数）的任何物理量都叫做一个数学场
其他教材：
《工程电磁场基础》 雷银照 吴静 等 译 科学出版社
《Engineering Electromagnetics》 William H.Hayt, Jr
Sichuan University
教员介绍：
刘友波 四川大学电气信息学院电气工程及其自动化系 博士 讲师 先后在国内核心期刊、国际学术会议上发表文章30余篇，2010 年10月-2011年10月，由国家留学基金委派至英国Brunel大学电 力系统研究所进行联合研究，作为课题组成员参与了英国Brunel 大学Gareth Taylor副教授主持的欧洲智能电网项目相关研究工作。 研究方向：电力系统安全与稳定；电力系统连锁故障