电磁场学习资料

场与波… 场与波
场：物质的分布存在形态，主要探讨场的研究方法论。 物质的分布存在形态，主要探讨场的研究方法论。 存在形态 电磁场工程应用包括集总参数R 电磁场工程应用包括集总参数R、L、C、能量和电磁力等。 能量和电磁力等。
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， 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。 场称为电场。不随时间变化的电场称为静电场。 运动电荷 电场 静电场 或电流产生的场表现为对于磁铁和载流导体有力的作用， 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。 种物质称为磁场。不随时间变化的磁场称为恒定磁场。 磁场 恒定磁场
历史的回顾… 历史的回顾 公元前600年希腊人发现了摩擦后的琥珀能够吸引 公元前600年希腊人发现了摩擦后的琥珀能够吸引 600 微小物体；公元前300年我国发现了磁石吸铁的现象； 微小物体；公元前300年我国发现了磁石吸铁的现象； 300年我国发现了磁石吸铁的现象 后来，人们发现了地球磁场的存在。1785年法国科学家 后来，人们发现了地球磁场的存在。1785年法国科学家 库仑（1736－1806）通过实验创建了著名的库仑定律。 库仑（1736－1806）通过实验创建了著名的库仑定律。 1820年丹麦人奥斯特（1777－1851） 1820年丹麦人奥斯特（1777－1851）发现了电流产生 年丹麦人奥斯特 的磁场。同年法国科学家安培（1775－1836） 的磁场。同年法国科学家安培（1775－1836）计算了两 安培 个电流之间的作用力。1831年英国科学家法拉第 个电流之间的作用力。1831年英国科学家法拉第（1791 年英国科学家法拉第（ －1867）发现电磁感应现象，创建了电磁感应定律，说 1867）发现电磁感应现象，创建了电磁感应定律， 明时变磁场可以产生时变电场。 明时变磁场可以产生时变电场。
场与波… 场与波
波：物质的运动形态，主要探讨波的研究方法论。电磁 物质的运动形态，主要探讨波的研究方法论。 运动形态 波工程主要包括电磁波的传播、辐射、导行和接收等。 波工程主要包括电磁波的传播、辐射、导行和接收等。 电磁波 如果电荷及电流均随时间改变， 如果电荷及电流均随时间改变，它们产生的电场及磁场也 是随时变化的，时变的电场与时变的磁场可以相互转化， 是随时变化的，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 时变电磁场。 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 电磁波。 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， 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。 论静电场和恒定磁场，然后再介绍时变电磁场。
场与媒质 当空间存在媒质时，在电磁场的作用下媒质中会发生极化 极化与 当空间存在媒质时，在电磁场的作用下媒质中会发生极化与磁 化现象，结果在媒质中又产生二次电场及磁场，从而改变了媒质中 现象，结果在媒质中又产生二次电场及磁场， 原先的场分布，这就是场与媒质的相互作用现象。 原先的场分布，这就是场与媒质的相互作用现象。为了研究方便起 相互作用现象 见，我们先介绍真空中的电磁场，然后再讨论媒质中的电磁场。 我们先介绍真空中的电磁场，然后再讨论媒质中的电磁场。 场与源 电荷及电流是产生电磁场惟一的源。至今， 电荷及电流是产生电磁场惟一的源。至今，人们尚未发现自 是产生电磁场惟一的源 然界中存在磁荷及磁流。然而， 然界中存在磁荷及磁流。然而，有时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。 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。我们将要详述场与源， 论的基本问题之一。我们将要详述场与源，以及场与媒质之间的 关系，并且给予严格的数学描述。 关系，并且给予严格的数学描述。
重大突破 1873年英国科学家麦克斯韦（1831－1879） 1873年英国科学家麦克斯韦（1831－1879）提出了 年英国科学家麦克斯韦 位移电流的假设，认为时变电场可以产生时变磁场， 位移电流的假设，认为时变电场可以产生时变磁场，并 以严格数学方程描述了电磁场与波应该遵循的统一规律， 以严格数学方程描述了电磁场与波应该遵循的统一规律， 这就是著名的麦克斯韦方程。 这就是著名的麦克斯韦方程。该方程说明了时变电场可 以产生时变磁场， 以产生时变磁场，同时又表明时变磁场可以产生时变电 场，因此麦克斯韦预言电磁波的存在，后来在1887年被 因此麦克斯韦预言电磁波的存在，后来在1887年被 1887 德国物理学家赫兹 1857－1894）的实验证实。 赫兹（ 德国物理学家赫兹（1857－1894）的实验证实。在这个 基础上，俄国的波波夫及意大利的马可尼于19世纪末先 基础上，俄国的波波夫及意大利的马可尼于19世纪末先 19 后发明了用电磁波作为媒体传输信息的技术。 后发明了用电磁波作为媒体传输信息的技术。
课程内容
课程是技术基础课， 课程是技术基础课，内容层次主要是基础理论 技术基础课 (电磁理论 和工程应用 电磁工程 两个方面； 电磁理论)和工程应用 电磁工程)两个方面 电磁理论 和工程应用(电磁工程 两个方面； 课程模块主要包括数学和物理基础、静态电磁 课程模块主要包括数学和物理基础、 时变电磁场和电磁波等； 场、时变电磁场和电磁波等； 课程名《电磁场与电磁波》 课程名《电磁场与电磁波》，包括电磁场和电 磁波两个模块； 磁波两个模块；
物质属性 电磁场与电磁波虽然不能亲眼所见， 电磁场与电磁波虽然不能亲眼所见，但是客观存在的一 种物质，因为它具有物质的两种重要属性：能量、动量和 种物质，因为它具有物质的两种重要属性：能量、动量和质 量。但是，电磁场与电磁波的质量极其微小，因此，通常仅 但是，电磁场与电磁波的质量极其微小，因此， 研究电磁场与电磁波的能量特性。 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， 电磁场与电磁波既然是一种物质，它的存在和传播无需 依赖于任何媒质。在没有物质存在的真空环境中， 依赖于任何媒质。在没有物质存在的真空环境中，电磁场与 电磁波的存在和传播会感到更加“自由” 电磁波的存在和传播会感到更加“自由”。因此对于电磁场 与电磁波来说，真空环境通常被称为“自由空间” 与电磁波来说，真空环境通常被称为“自由空间”。
电磁场原理
Principles of Electromagnetic Fields
课程性质、定位
课程是工科电气工程专业的技术基础课， 课程是工科电气工程专业的技术基础课，是电 技术基础课 气自动化专业平台课程重要组成部分； 气自动化专业平台课程重要组成部分；
电磁场原理》 电 《电磁场原理》 气 《电路原理》 电路原理》 《电 》 电 子 《 电 》 《 电 》 信 《 息 《 原理》 原理》 》
课程内容
第一章 矢量分析－6 第二章 静电场 －10 第三章 恒定电场－4 第四章 恒定磁场 －10 第五章 时变电磁场 －12 第六章 电磁波 －8 第七章 导行电磁波 －8 第八章 电磁辐射与天线 －6
工程应用
静电复印、静电除尘以及静电喷漆等技术都是基于 静电复印、静电除尘以及静电喷漆等技术都是基于 以及静电喷漆 静电场对于带电粒子具有力的作用。 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 以及磁悬浮列车 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。 用磁场力的作用。 当今的无线通信、广播、雷达、遥控遥测、 当今的无线通信、广播、雷达、遥控遥测、微波遥 无线通信 无线因特网、无线局域网、卫星定位以及 以及光纤通信 感、无线因特网、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媒介传输信息的。 等信息技术都是利用电磁波作为媒介传输信息的。
电磁波
电磁波能量的应用， 电磁波能量的应用，如：微波炉； 微波炉； 电磁信息的应用，如以无线通信系统为例，说明 电磁信息的应用，如以无线通信系统为例， 电磁波的产生、传输、传播和接收过程， 电磁波的产生、传输、传播和接收过程，同时给出 相关的电磁理论； 相关的电磁理论；
参考书目
冯慈璋，马西奎. 《工程电磁场导论》
课程是电气工程师必须具备知识结构的有机组 成部分； 成部分； 工程
《电磁场原理》 电磁场原理》 《电磁 》 理论 《电 》
课程性质、定位
课程在电磁学基础上， 课程在电磁学基础上，进一步阐述宏观电磁现象的基本规 工程应用方面的基本知识 介绍其在工程应用方面的基本知识， 律，介绍其在工程应用方面的基本知识，实现对电工领域 中的电磁现象、电磁过程进行定性判断以及进行定量分析 定性判断以及进行 中的电磁现象、电磁过程进行定性判断以及进行定量分析 能力； 能力； 培养学生能应用电磁场的观点和方法分析电工领域中的电 磁现象与过程，其理论性和逻辑性强， 磁现象与过程，其理论性和逻辑性强，对培养学生正确的 思维方法和严谨的科学态度也大有帮助 和严谨的科学态度也大有帮助； 思维方法和严谨的科学态度也大有帮助； 课程关系到后续课程的学习，已广泛渗入到许多交叉领域、 课程关系到后续课程的学习，已广泛渗入到许多交叉领域、 信息学科和新兴学科，是学习《电机电磁场》 信息学科和新兴学科，是学习《电机电磁场》、《微波技 天线》等课程所必备的基础。 术》、《天线》等课程所必备的基础。
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
反 射 定 律 的 应 用
B2 隐形轰炸机
Байду номын сангаасθi
θ i =θ r
θr
全
信 息 载 体 的 应 用
球
定 位
系
统
Global Positioning System(GPS)
电磁场
电阻模型：比较导线通直流和交流电流时， 电阻模型：比较导线通直流和交流电流时，导线 表现的电阻特性； 表现的电阻特性； 电感模型：感抗与频率成正比关系， 电感模型：感抗与频率成正比关系，实质电感也 随工作频率的不同而改变； 随工作频率的不同而改变； 平行板电容器电场力计算方法； 平行板电容器电场力计算方法； 电磁能量的传输过程。 电磁能量的传输过程。