电磁场与电磁波 第1章矢量分析 场论 电磁场理论的主要研究领域 电磁场理论 电磁场理论发展历史 三大类应用问题
电磁场与电磁波 第1章 矢量分析 1 场论 电磁场理论的主要研究领域 电磁场理论 电磁场理论发展历史 三大类应用问题
电磁场与电磁波 第1章矢量分析 一、 电磁场理论的主要研究领域 作为理论物理学的一个 重要研究分支，主要致 力于统一场理论和微观 量子电动力学的研究。 鲜 究 域 作为无线电技术的理 论基础，集中于三大 类应用问题的研究
电磁场与电磁波 第1章 矢量分析 2 作为理论物理学的一个 重要研究分支，主要致 力于统一场理论和微观 量子电动力学的研究。 电磁 场的 主要 研究 领域 作为无线电技术的理 论基础，集中于三大 类应用问题的研究。 一、电磁场理论的主要研究领域
电磁场与电磁波 第1章矢量分析 3 新疆大学 二电磁场理论 电磁学：麦克斯韦方程组的积分形式。它概括了全部已有 的宏观电磁现象的实验事实，给出了用积分量描述宏观电 磁场的全部规律。 电磁场理论：麦克斯韦方程组的微分形式。是在电磁学的 基础上，进一步研究宏观电磁现象和电磁过程的基本规律 及其计算方法的理论，是用数学方法描述空间任意一点、 任意时刻电磁现象变化规律的理论
电磁场与电磁波 第1章 矢量分析 3 新疆大学 二.电磁场理论 电磁学：麦克斯韦方程组的积分形式。它概括了全部已有 的宏观电磁现象的实验事实，给出了用积分量描述宏观电 磁场的全部规律。 电磁场理论：麦克斯韦方程组的微分形式。是在电磁学的 基础上，进一步研究宏观电磁现象和电磁过程的基本规律 及其计算方法的理论，是用数学方法描述空间任意一点、 任意时刻电磁现象变化规律的理论
电磁场与电磁波 第1章矢量分析 麦克斯韦方程组的积分和微分形式 D VxH=j+ aD 8t 5增 VxE=- @B B.d5=0 Ot 7.B=0 =pdv V.D-p
电磁场与电磁波 第 1 章 矢量分析 4 麦克斯韦方程组的积分和微分形式 = = = − = + S V SC S C S D S ρdV B S S tB E l S tD H l J dd 0 d d d ( ) d = = = − = + D B tB E tD H J 0
电磁场与电磁波 第1章矢量分析 5 Maxwell方程组的物理意义 这里，首先让我们来探讨一下方程： 1.这两个方程左边物理量为磁（或电），而右边物理量 则为电（或磁）。这中间的等号深刻揭示了电与磁的相互 转化，相互依赖，相互对立，共存于统一的电磁波中。 正是由于电不断转换为磁，而磁又不断转成为电，才 会发生能量交换和贮存。 E E 图1-2
电磁场与电磁波 第1章 矢量分析 5 这里，首先让我们来探讨一下方程: 1. 这两个方程左边物理量为磁(或电)，而右边物理量 则为电(或磁)。这中间的等号深刻揭示了电与磁的相互 转化，相互依赖，相互对立，共存于统一的电磁波中。 正是由于电不断转换为磁，而磁又不断转成为电，才 会发生能量交换和贮存。 Maxwell方程组的物理意义 图 1-2
电磁场与电磁 第1章矢量分折 6 2.进一步研究Maxwell方程两边的运算，从物理上看，运算 反映一种作用(Action)。方程的左边是空间的运算（旋度）； 方程的右边是时间的运算（导数），中间用等号连接。它深 刻揭示了电（或磁）场任一地点的变化会转化成磁（或电）场 时间的变化；反过来，场的时间变化也会转化成地点变化。 正是这种空间和时间的相互变化构成了波动的外在形式。 用通俗的一句话来说，即一个地点出现过的事物，过了一 段时间又在另一地点出现了
电磁场与电磁波 第1章 矢量分析 6 2.进一步研究Maxwell方程两边的运算，从物理上看，运算 反映一种作用(Action)。方程的左边是空间的运算(旋度)； 方程的右边是时间的运算(导数)，中间用等号连接。它深 刻揭示了电(或磁)场任一地点的变化会转化成磁(或电)场 时间的变化；反过来，场的时间变化也会转化成地点变化。 正是这种空间和时间的相互变化构成了波动的外在形式。 用通俗的一句话来说，即一个地点出现过的事物，过了一 段时间又在另一地点出现了
电磁场与电磁波 第1章矢量分析 Maxwell方程组的物理意义 3.Maxwell方程还指出：电磁转化有一个重要条件 即频率ω。让我们写出单色波频域的Maxwell方程 7×H=joeE+可 (1-4) 7×E==jo通 (1-5) 只有较高或者说任何形式的信号高分量都包含很 少的ω，才能确保电磁的有效转换，直流情况没有 转换。可以这样说，在高频时封闭电路才有可能变 成开放电路。不过很有意思的是频率愈高，越难出 功率，这也是一个有趣的矛盾
电磁场与电磁波 第1章 矢量分析 7 Maxwell方程组的物理意义 3. Maxwell方程还指出：电磁转化有一个重要条件， 即频率ω。让我们写出单色波频域的Maxwell方程 = + = − H j E J E j H 只有较高或者说任何形式的信号高频分量都包含很 少的ω，才能确保电磁的有效转换，直流情况没有 转换。可以这样说，在高频时封闭电路才有可能变 成开放电路。不过很有意思的是频率愈高，越难出 功率，这也是一个有趣的矛盾。 (1-4) (1-5)
电磁场与电磁波 第1章矢量分析 三、电磁场理论发展历史 最初，人们只能定性观察电现象、磁现象 电磁场理论发展中的重大事件： 库仑定律（电荷相互作用力规律） 1820:电流磁效应（奥斯特） 安培力定律（安培） 1831:电磁感应（法拉第） 1864:位移电流假说，麦克斯韦方程组（麦克斯韦） 1888:试验证明电磁波存在（赫兹
电磁场与电磁波 第1章 矢量分析 8 三、电磁场理论发展历史 最初，人们只能定性观察电现象、磁现象 电磁场理论发展中的重大事件： 库仑定律（电荷相互作用力规律） 1820：电流磁效应（奥斯特） 安培力定律（安培） 1831：电磁感应（法拉第） 1864：位移电流假说，麦克斯韦方程组(麦克斯韦) 1888：试验证明电磁波存在（赫兹）
电磁场与电磁波 第1章矢量分析 9 电磁场理论的应用和发展 1887年，德国科学家赫兹用火花隙激励一个环状 天线，用另一个带隙的环状天线接收，证实了麦 克斯韦关于电磁波存在的预言，这一重要的实验 导致了后来无线电报的发明。从此开始了电磁场 理论应用与发展时代，并且发展成为当代最引人 注目的学科之一
电磁场与电磁波 第1章 矢量分析 9 电磁场理论的应用和发展 1887年，德国科学家赫兹用火花隙激励一个环状 天线，用另一个带隙的环状天线接收，证实了麦 克斯韦关于电磁波存在的预言，这一重要的实验 导致了后来无线电报的发明。从此开始了电磁场 理论应用与发展时代，并且发展成为当代最引人 注目的学科之一
电磁场与电磁波 第1章矢量分析 10 无线电报1895年，意大利马可尼成功地进行了 2.5公里距离的无线电报传送实验。1896年，波 波夫进行了约250米距离的类似试验，1899年，无 线电报跨越英吉利海峡的试验成功；1901年，跨 越大西洋的3200公里距离的试验成功。马可尼以 其在无线电报等领域的成就，获得了1909年的诺 贝尔奖金物理学奖。无线电报的发明，开始了利 用电磁波时期。 有线电话1876年，美国A.G.贝尔在美国建国 100周年博览会上展示了他所发明的有线电话。 此后，有线电话便迅速普及开来
电磁场与电磁波 第1章 矢量分析 10 无线电报 1895年，意大利马可尼成功地进行了 2.5公里距离的无线电报传送实验。1896年，波 波夫进行了约250米距离的类似试验, 1899年, 无 线电报跨越英吉利海峡的试验成功；1901年，跨 越大西洋的3200公里距离的试验成功。马可尼以 其在无线电报等领域的成就，获得了1909年的诺 贝尔奖金物理学奖。无线电报的发明，开始了利 用电磁波时期。 有线电话 1876年,美国A.G.贝尔在美国建国 100周年博览会上展示了他所发明 的有线电话。 此后,有线电话便迅速普及开来