1、 （第四版）一、課程的性質一、課程的性質二、電磁場理論的發展二、電磁場理論的發展三、電磁場理論的應用三、電磁場理論的應用 四、內容安排四、內容安排五、學習的目的、方法及其要求五、學習的目的、方法及其要求六、主要參考書六、主要參考書 電磁場電磁場（或電磁波）作為能量的一種形式，是當今世界最（或電磁波）作為能量的一種形式，是當今世界最重要的能源之一重要的能源之一 電磁波電磁波作為信息傳輸的載體，成為當今人類社會發布和獲作為信息傳輸的載體，成為當今人類社會發布和獲取信息、探測未知世界的重要手段取信息、探測未知世界的重要手段一、課程的性質一、課程的性質 電類專業學生必修的技術基礎課電類專業學生必修的技

2、術基礎課 是電氣工程師的必備知識是電氣工程師的必備知識 是電磁理論的重要組成部分是電磁理論的重要組成部分1電磁場理論的早期研究電磁場理論的早期研究 電、磁現象是大自然最重要的往來現象，也是最早被科學電、磁現象是大自然最重要的往來現象，也是最早被科學家們關心和研究的家們關心和研究的物理物理現象，其中貢獻最大的有現象，其中貢獻最大的有賴頓、富蘭克賴頓、富蘭克林、伏打林、伏打等科學家。等科學家。 19世紀以前，電、磁現象一直作為兩個獨立的物理現象，世紀以前，電、磁現象一直作為兩個獨立的物理現象，沒有人發現它們之間的相互聯系。但是這些研究（特別是沒有人發現它們之間的相互聯系。但是這些研究（特別是伏打伏

3、打1799年發明了電池）為電磁學理論的建立奠定了基礎。年發明了電池）為電磁學理論的建立奠定了基礎。二、電磁場理論的發展二、電磁場理論的發展2電磁場理論的建立電磁場理論的建立 18世紀末期，德國哲學家世紀末期，德國哲學家謝林謝林認為，宇宙是有活力的，認為，宇宙是有活力的，而不是僵死的。他認為電就是宇宙的活力，是宇宙的靈魂，而不是僵死的。他認為電就是宇宙的活力，是宇宙的靈魂，電、磁、光、熱是相互聯系的。電、磁、光、熱是相互聯系的。 奧斯特奧斯特是是謝林謝林的信徒，他從的信徒，他從1807年開始研究電、磁之間年開始研究電、磁之間的關系。的關系。1820年，他發現電流以力作用于磁針。年，他發現電流以力

4、作用于磁針。 安培安培發現作用力的方向、電流的方向、磁針到通電導線發現作用力的方向、電流的方向、磁針到通電導線的垂直方向是相互垂直的，并定量建立了若干數學公式。的垂直方向是相互垂直的，并定量建立了若干數學公式。 法拉第法拉第 在在謝林謝林的影響下，相信電、磁、光、熱是相互聯的影響下，相信電、磁、光、熱是相互聯系的。奧斯特系的。奧斯特1820年發現電流以力作用于磁針后，法拉第敏銳年發現電流以力作用于磁針后，法拉第敏銳地意識到，電可以對磁產生作用，磁也一定能夠對電產生影響。地意識到，電可以對磁產生作用，磁也一定能夠對電產生影響。1821年他開始探索磁生電的實驗。年他開始探索磁生電的實驗。1831年

5、他發現，當磁棒插入年他發現，當磁棒插入導體線圈時，線圈中就會產生電流。這表明，電與磁之間存在導體線圈時，線圈中就會產生電流。這表明，電與磁之間存在著密切的聯系。著密切的聯系。 麥克斯韋麥克斯韋 深入研究并探討了電與磁之間發生作用的問題，深入研究并探討了電與磁之間發生作用的問題，發展了場的概念。在法拉第實驗的基礎上，總結了宏觀電磁現發展了場的概念。在法拉第實驗的基礎上，總結了宏觀電磁現象的規律，引進位移電流的概念。這個概念的核心思想是：變象的規律，引進位移電流的概念。這個概念的核心思想是：變化著的電場能產生磁場，與變化著的磁場產生電場相對應。在化著的電場能產生磁場，與變化著的磁場產生電場相對應。

6、在此基礎上提出了一套偏微分方程來表述電磁現象的基本規律，此基礎上提出了一套偏微分方程來表述電磁現象的基本規律，稱為麥克斯韋方程組，是經典電磁學的基本方程。稱為麥克斯韋方程組，是經典電磁學的基本方程。3電磁場理論的發展電磁場理論的發展 在麥克斯韋方程建立后的一百多年里在麥克斯韋方程建立后的一百多年里,隨著科學技術的發隨著科學技術的發展，電磁理論得到了廣泛的應用和發展，尤其近展，電磁理論得到了廣泛的應用和發展，尤其近30年來，年來，無無線電電子學、計算機和網絡技術線電電子學、計算機和網絡技術的飛速發展，的飛速發展，生物電磁學、生物電磁學、環境電磁學環境電磁學和和電磁兼容電磁兼容等學科的建立，向電磁

7、理論提出了許等學科的建立，向電磁理論提出了許多新的研究課題，使現代電磁理論得到了迅速的發展。多新的研究課題，使現代電磁理論得到了迅速的發展。 1887年，德國科學家年，德國科學家赫茲赫茲用火花隙激勵一個環狀天線，用火花隙激勵一個環狀天線，用另一個帶隙的環狀天線接收，證實了用另一個帶隙的環狀天線接收，證實了麥克斯韋麥克斯韋關于電磁波關于電磁波存在的預言，這一重要的實驗導致了后來無線電報的發明。存在的預言，這一重要的實驗導致了后來無線電報的發明。從此開始了電磁場理論應用與發展時代，并且發展成為當代從此開始了電磁場理論應用與發展時代，并且發展成為當代最引人注目的學科之一。最引人注目的學科之一。三、電

8、磁場理論的應用三、電磁場理論的應用 無線電報無線電報: 1895年，意大利年，意大利馬可尼馬可尼成功地進行了成功地進行了2.5km距離的無線距離的無線電報傳送實驗；電報傳送實驗；1896年，年，波波夫波波夫進行了約進行了約250m米距離的類米距離的類似試驗；似試驗； 1899年年, 無線電報跨越英吉利海峽的試驗成功；無線電報跨越英吉利海峽的試驗成功；1901年，跨越大西洋的年，跨越大西洋的3200km距離的試驗成功。距離的試驗成功。馬可尼馬可尼以以其在無線電報等領域的成就，獲得了其在無線電報等領域的成就，獲得了1909年的諾貝爾物理學年的諾貝爾物理學獎。無線電報的發明，開始了利用電磁波時期。獎

9、。無線電報的發明，開始了利用電磁波時期。有線電話有線電話: 1876年，美國年，美國A.G. 貝爾貝爾在美國建國在美國建國100周年博覽會上展示周年博覽會上展示了他所發明的有線電話。了他所發明的有線電話。 此后，有線電話便迅速普及開來。此后，有線電話便迅速普及開來。電視電視: : 1884年，德國年，德國尼普科夫尼普科夫提出機械掃描電視的設想；提出機械掃描電視的設想；1927年，英國年，英國貝爾德貝爾德成功地用電話線路把圖像從倫敦傳至大西洋成功地用電話線路把圖像從倫敦傳至大西洋中的船上；中的船上；茲沃霄金茲沃霄金在在1923和和1924 年相繼發明了攝像管和顯年相繼發明了攝像管和顯像管；像管；

10、1931年，他組裝成世界上第一個全電子電視系統。年，他組裝成世界上第一個全電子電視系統。廣播廣播: : 1906年，美國年，美國費森登費森登用用50kHz頻率發電機作發射機，用微頻率發電機作發射機，用微音器接入天線實現調制，使大西洋航船上的報務員聽到了他從音器接入天線實現調制，使大西洋航船上的報務員聽到了他從波士頓播出的音樂；波士頓播出的音樂；1919年，第一個定時播發語言和音樂的無年，第一個定時播發語言和音樂的無線電廣播電臺在英國建成；次年，在美國的匹茲堡城又建成一線電廣播電臺在英國建成；次年，在美國的匹茲堡城又建成一座無線電廣播電臺。座無線電廣播電臺。雷達雷達: : 第第二次世界大戰前夕，

11、飛機成為主要進攻武器。英、美、二次世界大戰前夕，飛機成為主要進攻武器。英、美、德、法等國競相研制一類能夠早期警戒飛機的裝置。德、法等國競相研制一類能夠早期警戒飛機的裝置。1936年，年，英國的英國的瓦特瓦特設計的警戒雷達最先投入了運行，有效地警戒了設計的警戒雷達最先投入了運行，有效地警戒了來自德國的轟炸機。來自德國的轟炸機。1938年，美國研制成第一部能指揮火炮年，美國研制成第一部能指揮火炮射擊的火炮控制雷達。射擊的火炮控制雷達。1940年，多腔磁控管的發明，使微波年，多腔磁控管的發明，使微波雷達的研制成為可能。雷達的研制成為可能。1944年，能夠自動跟蹤飛機的雷達研年，能夠自動跟蹤飛機的雷達

12、研制成功。制成功。1945年，能消除背景干擾、顯示運動目標的顯示技年，能消除背景干擾、顯示運動目標的顯示技術的發明，使雷達更加完善。在整個第二次世界大戰期間，術的發明，使雷達更加完善。在整個第二次世界大戰期間，雷達成了電磁場理論最活躍的部分。雷達成了電磁場理論最活躍的部分。衛星通信技術衛星通信技術: 1958年，年， 美國發射低軌道美國發射低軌道“斯科爾斯科爾”衛星成功，這是第一顆衛星成功，這是第一顆用于通信的試驗衛星。用于通信的試驗衛星。1964年，年，借助定點同步通信衛星首次實借助定點同步通信衛星首次實現了美、現了美、 歐、非三大洲的通信和電視轉播。歐、非三大洲的通信和電視轉播。1965年

13、，第一顆商年，第一顆商用定點同步衛星投入運行。用定點同步衛星投入運行。1969年，大西洋、太平洋和印度洋年，大西洋、太平洋和印度洋上空均已有定點同步通信衛星。衛星地球站已遍布世界各國，上空均已有定點同步通信衛星。衛星地球站已遍布世界各國，這些衛星地球站又和本國或本地區的通信網接通。衛星通信經這些衛星地球站又和本國或本地區的通信網接通。衛星通信經歷歷10年的發展，終趨于成熟。年的發展，終趨于成熟。衛星定位技術衛星定位技術: : 1957年衛星發射成功后，人們試圖將雷達引入衛星，實現年衛星發射成功后，人們試圖將雷達引入衛星，實現以衛星為基地對地球表面及近地空間目標的定位和導航。以衛星為基地對地球表

14、面及近地空間目標的定位和導航。1958年底，美國開始研究實施這一計劃，于年底，美國開始研究實施這一計劃，于1964年研究成功子午儀年研究成功子午儀衛星導航系統。衛星導航系統。1973年美國提出了由年美國提出了由24顆衛星組成的實用系統顆衛星組成的實用系統新方案，即新方案，即GPS計劃。計劃。1990年最終的年最終的GPS方案是由方案是由21顆工作衛顆工作衛星和星和3顆在軌備用衛星組成。顆在軌備用衛星組成。其他應用其他應用： 陰極射線示波器，噴墨打印機，礦物的分選，磁陰極射線示波器，噴墨打印機，礦物的分選，磁分離器，回旋加速器，磁流體發電機，電磁泵，磁懸浮分離器，回旋加速器，磁流體發電機，電磁泵

15、，磁懸浮列車，變壓器，電磁爐，電磁式生物芯片，隱形飛機，列車，變壓器，電磁爐，電磁式生物芯片，隱形飛機，電磁高速公路等等電磁高速公路等等1.1.矢量分析矢量分析2.2.電磁場的基本規律電磁場的基本規律3.3.靜態電磁場及其邊值問題的解靜態電磁場及其邊值問題的解4.4.時變電磁場時變電磁場5.5.均勻平面波在無界空間中的傳播均勻平面波在無界空間中的傳播6.6.均勻平面波的反射和透射均勻平面波的反射和透射7.7.導行電磁波導行電磁波8.8.電磁輻射電磁輻射 四、內容安排四、內容安排根據紙質主教材，本教案也分八章根據紙質主教材，本教案也分八章五、學習的目的、方法及其要求五、學習的目的、方法及其要求掌

16、握宏觀電磁場的基本屬性和運動規律掌握宏觀電磁場的基本屬性和運動規律掌握宏觀電磁波的傳播規律掌握宏觀電磁波的傳播規律了解電磁波的輻射原理了解電磁波的輻射原理掌握靜態場問題的基本求解方法掌握靜態場問題的基本求解方法訓練分析問題、歸納問題的科學方法訓練分析問題、歸納問題的科學方法培養用數學方法解決實際問題的能力培養用數學方法解決實際問題的能力獨立完成作業獨立完成作業六、主要參考書六、主要參考書【1】 謝處方，饒克謹謝處方，饒克謹. 電磁場與電磁波（第電磁場與電磁波（第3版）版）. 北京：高等教育出版社，北京：高等教育出版社，1999【2】 Liang Chi Shen, Jin Au Kong .

17、Applied Electromagnetism. 2nd ed . PWS Publishing Company, 1987【3】 John D. Kraus, Daniel A. Fleisch. Electromagnetics With Applications. 5nd ed （影印版）（影印版）. 北京：清華大學出版社，北京：清華大學出版社，2001【4】 William H. Hayt, Jr. John A. Buck 著著.工程電磁學（第六版）工程電磁學（第六版）. 徐安士徐安士, 周樂柱周樂柱 譯譯. 北京：電子工業出版社，北京：電子工業出版社，2004【5】 Bhag Singh Guru, Hseyin R. Hiziroglu 著著.電磁場與電磁波電磁場與電磁波. 周克定等譯周克定等譯. 北北 京：機械工業出版社，京：機械工業出版社，2002【6】 楊儒貴楊儒貴. 電磁場與電磁波電磁場與電磁波. 北京