电磁场与电磁波课件(中文版)

信 息 载 体 的 应 用
无线用户
* * * * 2004年无线上网的设备达到 15 亿部。 2004年60%美国人在工作中使用无线设备。 2005年全世界无线上网的人数达到 4.8 亿。 2007年美国无线商务用户超过 1 亿。
*
目前中国的手机用户已有 5 亿多。
相互促进，共同发展
新技术的广泛应用促进了电磁理论的发展。由此创 建了很多分析电磁场与电磁波的新方法，研制了很多电 磁性能优越的新材料。 随着大容量的高性能及高速度计算机的出现，不但解 决了很多电磁理论的计算问题，同时也萌生了计算电磁场
历 史 的 回 顾
时 代 发 明
希腊人
者
现
磁石吸铁
象
公元前600年
摩擦后琥珀吸引微物体 电荷之间的作用力 库仑定律 电流产生磁场
公元前300年
1785年 1820年 1820年 1831年
中国人
法国库仑 (1736—1806) 丹麦奥斯特 (1777—1851)
法国安培 (1775—1836)
英国法拉第 (1791—1867)
电磁场与波的应用
静电复印、静电除尘以及静电喷漆等技术都是基于
静电场对于带电粒子具有力的作用。
电磁铁、磁悬浮轴承以及磁悬浮列车等，都是利 用磁场力的作用。 当今的无线通信、广播、雷达、遥控遥测、微波遥 感、无线广域网、无线局域网、卫星定位以及光纤通信 等信息技术都是利用电磁波作为载体传输信息的。
世界首辆载人高温超导磁悬浮试验车
磁 场 力 的 应 用
Stable! Stable!
西南交通大学应用超导研究所研制
B2 隐形轰炸机
反 射 定 律 的 应 用
i
r
i r
Stealth Fighter
F-117
立体电影
电 磁 波 极 化 特 性 的 应 用
全 球 定 位 系 统
Global Positioning System(GPS)
与电磁波的新方法，从而形成计算电磁学的新学科。
电 磁 单 位
本书采用国际单位制（ SI ）。在电磁学中，这种 单位制的四个基本单位是长度、质量、时间和电流。长 度单位为m（米），质量单位为kg（千克），时间单位 为s（秒），电流单位为A（安培）。 对于正弦电磁场使用的时间因子为 e j t 。
“自由空间”。
场与介质
当空间存在介质时，在电磁场的作用下介质中会 发生极化与磁化现象，结果在介质中又产生二次电场 及磁场，从而改变了介质中原先的场分布，这就是场
与介质的相互作用现象。
先介绍真空中的电磁场，然后再讨论介质中的电 磁场。
场与源
电荷及电流是产生电磁场惟一的源。 引入磁荷及磁流的概念是十分有益的，但是， 它们仅是假想的。 研究场与源的关系是电磁理论的基本问题之一。
电流之间的作用力 安培定律
时变磁场产生时变电场 电磁感应定律
重大突破
1873年英国科学家麦克斯韦（1831—1879）提出了
位移电流的假设，认为时变电场可以产生时变磁场，并
建立了严格的数学方程——麦克斯韦方程。
麦克斯韦预言电磁波的存在，后来在1887年被德国
物理学家赫兹（1857—1894）的实验证实。 俄国的波波夫及意大利的马可尼于19世纪末先后发 明了使用电磁波作为信息载体的传输技术。
前
言
电场和磁场
静止电荷产生的场表现为对于带电体有力的作用， 这种场称为电场。不随时间变化的电场称为静电场。
运动电荷或电流产生的场表现为对于磁铁和载流导
体有力的作用，这种物质称为磁场。不随时间变化的磁
场称为恒定磁场。
电磁波
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，它们构成统一的时变 电磁场。时变电场与时变磁场之间的相互转化作用， 在空间形成了电磁波。
静电场与恒定磁场相互无关、彼此独立，可以分 别进行研究。因此，本书先讨论静电场和恒定磁场， 然后再介绍时变电磁场。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 物质属性
电磁场与电磁波是客观存在的一种物质，因为它
具有物质的两种重要属性：能量和质量。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 场与电磁波的能量特性。 电磁场与电磁波既然是一种物质，它的存在和传 播无需依赖于任何介质。 对于电磁场与电磁波来说，真空环境通常被称为