电磁场与电磁波第1讲绪论及矢量乘法.

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1、 电磁场与电磁波电磁场与电磁波主讲教师：黄文主讲教师：黄文 重庆邮电大学重庆邮电大学 光电工程学院光电工程学院 电磁场与无线技术教学部电磁场与无线技术教学部 Email: 办公室：老办公室：老1教教1403 教材：教材：1电磁场与电磁波（第2版）， David K. Cheng著，何业军，桂良启译，清华大学出版社绪绪 论论一、课程简介一、课程简介二、电磁场理论的主要研究领域二、电磁场理论的主要研究领域 三、电磁场理论发展简史三、电磁场理论发展简史 四、电磁场理论的主要研究对象四、电磁场理论的主要研究对象五、参考书目五、参考书目六、学习的目的、方法及其要求六、学习的目的、方法及其要求2一、课程简

2、介一、课程简介 本课程将在本课程将在“大学物理（电磁学）大学物理（电磁学）”的基础上，进一步研的基础上，进一步研究宏观电磁现象和电磁过程的基本规律及其分析计算方法。究宏观电磁现象和电磁过程的基本规律及其分析计算方法。通过本课程的学习，掌握基本的宏观电磁理论，具备分析和通过本课程的学习，掌握基本的宏观电磁理论，具备分析和解决基本的电磁场工程问题的能力。解决基本的电磁场工程问题的能力。3 电磁场与电磁波是高等学校电子信息类及电气信息类专业电磁场与电磁波是高等学校电子信息类及电气信息类专业本科生本科生必修的一门专业基础课必修的一门专业基础课，课程涵盖的内容是合格的电，课程涵盖的内容是合格的电子、电气

3、信息类专业本科学生所应具备的知识结构的重要组子、电气信息类专业本科学生所应具备的知识结构的重要组成部分。近代科学的发展表明，电磁场与电磁波基本理论又成部分。近代科学的发展表明，电磁场与电磁波基本理论又是一些交叉学科的生长点和新兴边缘学科发展的基础，而且是一些交叉学科的生长点和新兴边缘学科发展的基础，而且对完善自身素质，增强适应能力和创造能力长远地发挥作用。对完善自身素质，增强适应能力和创造能力长远地发挥作用。 电磁场与电磁波电磁场与电磁波通过本课程的学习，使学生通过本课程的学习，使学生掌握掌握电磁场的基本规律，深刻电磁场的基本规律，深刻理理解解麦克斯韦方程组和电磁场、电磁波的性质；麦克斯韦方程

4、组和电磁场、电磁波的性质；熟悉熟悉一些重要一些重要的电磁场问题的数学模型（如波动方程、拉氏方程等）的建的电磁场问题的数学模型（如波动方程、拉氏方程等）的建立过程以及分析方法；培养学生正确的思维方法和分析问题立过程以及分析方法；培养学生正确的思维方法和分析问题的能力，使学生对的能力，使学生对“场场”与与“路路”这两种既密切相关又相距这两种既密切相关又相距甚远的理论有深刻的认识，并学会用甚远的理论有深刻的认识，并学会用“场场”的观点去观察、的观点去观察、分析和计算一些简单、典型的场的问题；为从事微波、天线、分析和计算一些简单、典型的场的问题；为从事微波、天线、电子技术、通信和电磁兼容等领域的研究及

5、解决实际问题打电子技术、通信和电磁兼容等领域的研究及解决实际问题打下必要的基础下必要的基础. .电磁场与电磁波是电子信息科学与技术、通信专业后续课程，电磁场与电磁波是电子信息科学与技术、通信专业后续课程，如：如：无线通信原理与应用无线通信原理与应用、现代通信技术现代通信技术、电磁电磁工程工程EMCEMC、通信原理通信原理和和微波技术微波技术以及研究生有关的以及研究生有关的课程如：课程如：高等电磁理论高等电磁理论、电磁场数值方法电磁场数值方法、电磁电磁场高频方法场高频方法和和电磁波传播理论电磁波传播理论的重要基础。的重要基础。4电磁电磁场的场的重要重要研究研究领域领域作为理论物理学的一个作为理论

6、物理学的一个重要研究分支，主要致重要研究分支，主要致力于统一场理论和微观力于统一场理论和微观量子电动力学的研究量子电动力学的研究。5作为无线电技术的理作为无线电技术的理论基础，集中于三大论基础，集中于三大类应用问题的研究。类应用问题的研究。二、电磁场理论的主要研究领域三大类应用问题：三大类应用问题： 电磁场（或电磁波）作为电磁场（或电磁波）作为能量能量的一种形式，是当今世的一种形式，是当今世界最重要的能源，其研究领域涉及电磁能量的产生、界最重要的能源，其研究领域涉及电磁能量的产生、储存、变换、传输和综合利用。如：旋转电机、变压储存、变换、传输和综合利用。如：旋转电机、变压器、输电线路与电缆、电

7、容器、电抗器、开关设备、器、输电线路与电缆、电容器、电抗器、开关设备、互感器等。互感器等。 电磁波作为信息传输的电磁波作为信息传输的载体载体，成为当今人类社会发布，成为当今人类社会发布和获取信息的主要手段，主要研究领域为信息的产生、和获取信息的主要手段，主要研究领域为信息的产生、获取、交换、传输、储存、处理、再现和综合利用。获取、交换、传输、储存、处理、再现和综合利用。如电波设备、天线、雷达、卫星等。如电波设备、天线、雷达、卫星等。 电磁波作为电磁波作为探测探测未知世界的一种重要手段，主要研究未知世界的一种重要手段，主要研究领域为电磁波与目标的相互作用特性、目标特征的获领域为电磁波与目标的相互

8、作用特性、目标特征的获取与重建、探测新技术等。如：遥感、遥测、遥控取与重建、探测新技术等。如：遥感、遥测、遥控 、无损电磁探伤等。无损电磁探伤等。67三、电磁场理论发展简史三、电磁场理论发展简史1 1电磁场理论的早期研究电磁场理论的早期研究 电、磁现象是大自然最重要的往来现象，也电、磁现象是大自然最重要的往来现象，也最早被科学家们关心和研究的物理现象，其中贡最早被科学家们关心和研究的物理现象，其中贡献最大的有来顿、富兰克林、伏打等科学家。献最大的有来顿、富兰克林、伏打等科学家。 1919世纪以前，电、磁现象作为两个独立的物世纪以前，电、磁现象作为两个独立的物理现象，没有发现电与磁的联系。但是由

9、于这些理现象，没有发现电与磁的联系。但是由于这些研究（特别是伏打研究（特别是伏打17991799年发明了电池），为电磁年发明了电池），为电磁学理论的建立奠定了基础。学理论的建立奠定了基础。82 2电磁场理论的建立电磁场理论的建立 18 18世纪末期，德国哲学家世纪末期，德国哲学家谢林谢林认为，宇认为，宇宙是有活力的，而不是僵死的。他认为电就宙是有活力的，而不是僵死的。他认为电就是宇宙的活力，是宇宙的灵魂；电、磁、光是宇宙的活力，是宇宙的灵魂；电、磁、光、热是相互联系的。、热是相互联系的。 奥斯特奥斯特是谢林的信徒，他从是谢林的信徒，他从18071807年开始年开始研究电磁之间的关系。研究电磁之

10、间的关系。18201820年，他发现电流年，他发现电流以力作用于磁针。以力作用于磁针。9 安培安培发现作用力的方向和电流的方向以及磁针到发现作用力的方向和电流的方向以及磁针到通过电流的导线的垂直线方向相互垂直，并定量建立通过电流的导线的垂直线方向相互垂直，并定量建立了若干数学公式。了若干数学公式。 法拉第法拉第在谢林的影响下，相信电、磁、光、热是在谢林的影响下，相信电、磁、光、热是相互联系的。奥斯特相互联系的。奥斯特18201820年发现电流以力作用于磁针年发现电流以力作用于磁针后，法拉第敏锐地意识到，电可以对磁产生作用，磁后，法拉第敏锐地意识到，电可以对磁产生作用，磁也一定能够对电产生影响。

11、也一定能够对电产生影响。18211821年他开始探索磁生电年他开始探索磁生电的实验。的实验。18311831年他发现，当磁捧插入导体线圈时；导年他发现，当磁捧插入导体线圈时；导线圈中就产生电流。这表明，电与磁之间存在着密切线圈中就产生电流。这表明，电与磁之间存在着密切的联系。的联系。10 麦克斯韦麦克斯韦深入研究并探讨了电与磁之间发生作深入研究并探讨了电与磁之间发生作用的问题，发展了场的概念。在法拉第实验的基础用的问题，发展了场的概念。在法拉第实验的基础上，总结了宏观电磁现象的规律，引进上，总结了宏观电磁现象的规律，引进位移电流位移电流的的概念。这个概念的核心思想是：概念。这个概念的核心思想是