緒論《場(chǎng)論》

1、場(chǎng)場(chǎng) 論論 鄧居智鄧居智 （核工程技術(shù)學(xué)院）（核工程技術(shù)學(xué)院） 楊海燕楊海燕 （核工程技術(shù)學(xué)院）（核工程技術(shù)學(xué)院） 研究生課程 參考書(shū)籍 1.場(chǎng)論場(chǎng)論 莫撼 鄧居智 東華理工學(xué)院出版 2003 2.電磁學(xué)電磁學(xué) 吳大猷 科學(xué)出版社 1983 3.電磁場(chǎng)理論電磁場(chǎng)理論華德顯 電子工業(yè)出版社 1985 4. 電磁學(xué)電磁學(xué) 美John D.Krans 著 安紹萱 譯 人民郵電出版社 1979 應(yīng)具備知識(shí) 高等數(shù)學(xué)高等數(shù)學(xué) 大學(xué)物理大學(xué)物理 矢量分析矢量分析 復(fù)變函數(shù)復(fù)變函數(shù) 積分變換積分變換 數(shù)學(xué)物理方程數(shù)學(xué)物理方程 掌握宏觀電磁場(chǎng)的基本屬性和運(yùn)動(dòng)規(guī)律 掌握宏觀電磁場(chǎng)問(wèn)題的基本求解方法 了解宏觀電磁

2、場(chǎng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域及其原理 訓(xùn)練分析問(wèn)題、歸納問(wèn)題的科學(xué)方法 培養(yǎng)用數(shù)學(xué)解決實(shí)際問(wèn)題的能力 學(xué)習(xí)目的及任務(wù) 1 電磁場(chǎng)理論發(fā)展史電磁場(chǎng)理論發(fā)展史 1.1 電磁場(chǎng)理論的早期研究電磁場(chǎng)理論的早期研究 電、磁現(xiàn)象是大自然最重要的往來(lái)現(xiàn)象，也最早電、磁現(xiàn)象是大自然最重要的往來(lái)現(xiàn)象，也最早 被科學(xué)家們關(guān)心和研究的物理現(xiàn)象，其中貢獻(xiàn)最大的被科學(xué)家們關(guān)心和研究的物理現(xiàn)象，其中貢獻(xiàn)最大的 有有牛頓牛頓、富蘭克林富蘭克林、伏特伏特等科學(xué)家。等科學(xué)家。 19世紀(jì)以前，電、磁現(xiàn)象作為兩個(gè)獨(dú)立的物理現(xiàn)象，世紀(jì)以前，電、磁現(xiàn)象作為兩個(gè)獨(dú)立的物理現(xiàn)象， 沒(méi)有發(fā)現(xiàn)電與磁的聯(lián)系。但是由于這些研究沒(méi)有發(fā)現(xiàn)電與磁的聯(lián)系。但是由于這

3、些研究(特別是伏特別是伏 特特1799年發(fā)明了電池），為電磁學(xué)理論的建立奠定了年發(fā)明了電池），為電磁學(xué)理論的建立奠定了 基礎(chǔ)?；A(chǔ)。 緒 論 1.2 電磁場(chǎng)理論的建立電磁場(chǎng)理論的建立 18世紀(jì)末期，德國(guó)哲學(xué)家世紀(jì)末期，德國(guó)哲學(xué)家謝林謝林認(rèn)為，宇宙是有活認(rèn)為，宇宙是有活 力的，而不是僵死的。他認(rèn)為電就是宇宙的活力，是力的，而不是僵死的。他認(rèn)為電就是宇宙的活力，是 宇宙的靈魂；電、磁、光、熱是相互聯(lián)系的。宇宙的靈魂；電、磁、光、熱是相互聯(lián)系的。 奧斯特奧斯特是謝林的信徒，他從是謝林的信徒，他從1807年開(kāi)始研究電磁年開(kāi)始研究電磁 之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。1820年，他發(fā)現(xiàn)電流以力作用于磁針。年，他

4、發(fā)現(xiàn)電流以力作用于磁針。 1 電磁場(chǎng)理論發(fā)展史電磁場(chǎng)理論發(fā)展史 研究生課程場(chǎng)論 1 電磁場(chǎng)理論發(fā)展史電磁場(chǎng)理論發(fā)展史 1.2 電磁場(chǎng)理論的建立電磁場(chǎng)理論的建立 安培安培發(fā)現(xiàn)作用力的方向和電流的方向以及磁針到發(fā)現(xiàn)作用力的方向和電流的方向以及磁針到 通過(guò)電流的導(dǎo)線的垂直線方向相互垂直，并定量建立通過(guò)電流的導(dǎo)線的垂直線方向相互垂直，并定量建立 了若干數(shù)學(xué)公式。了若干數(shù)學(xué)公式。 法拉第法拉第在謝林的影響下，相信電、磁、光、熱是在謝林的影響下，相信電、磁、光、熱是 相互聯(lián)系的。相互聯(lián)系的。1821年他開(kāi)始探索磁生電的實(shí)驗(yàn)。年他開(kāi)始探索磁生電的實(shí)驗(yàn)。1831 年他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)磁捧插入導(dǎo)體線圈時(shí)；導(dǎo)線圈中就產(chǎn)生

5、年他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)磁捧插入導(dǎo)體線圈時(shí)；導(dǎo)線圈中就產(chǎn)生 電流。這表明，電與磁之間存在著密切的聯(lián)系。電流。這表明，電與磁之間存在著密切的聯(lián)系。 研究生課程場(chǎng)論 1 電磁場(chǎng)理論發(fā)展史電磁場(chǎng)理論發(fā)展史 1.2 電磁場(chǎng)理論的建立電磁場(chǎng)理論的建立 麥克斯韋麥克斯韋深入研究并探討了電與磁之間發(fā)生作用的深入研究并探討了電與磁之間發(fā)生作用的 問(wèn)題，發(fā)展了場(chǎng)的概念。在法拉第實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，總問(wèn)題，發(fā)展了場(chǎng)的概念。在法拉第實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，總 結(jié)了宏觀電磁現(xiàn)象的規(guī)律，引進(jìn)位移電流的概念。提結(jié)了宏觀電磁現(xiàn)象的規(guī)律，引進(jìn)位移電流的概念。提 出了一套偏微分方程來(lái)表達(dá)電磁現(xiàn)象的基本規(guī)律，稱出了一套偏微分方程來(lái)表達(dá)電磁現(xiàn)象的基本規(guī)律，稱

6、 為為麥克斯韋方程組麥克斯韋方程組，是經(jīng)典電磁學(xué)的基本方程。，是經(jīng)典電磁學(xué)的基本方程。 研究生課程場(chǎng)論 研究生課程場(chǎng)論 2 電磁場(chǎng)理論應(yīng)用電磁場(chǎng)理論應(yīng)用 無(wú)線電報(bào)無(wú)線電報(bào) （電磁波應(yīng)用的開(kāi)始電磁波應(yīng)用的開(kāi)始） 1895年，意大利年，意大利馬可尼馬可尼成功地進(jìn)行了成功地進(jìn)行了2.5公里距離公里距離 的無(wú)線電報(bào)傳送實(shí)驗(yàn)。的無(wú)線電報(bào)傳送實(shí)驗(yàn)。 1896年，年，波波夫波波夫進(jìn)行了約進(jìn)行了約250米距離的類似試驗(yàn)。米距離的類似試驗(yàn)。 1899年年, 無(wú)線電報(bào)跨越英吉利海峽的試驗(yàn)成功。無(wú)線電報(bào)跨越英吉利海峽的試驗(yàn)成功。 1901年，跨越大西洋的年，跨越大西洋的3200公里距離的試驗(yàn)成功。公里距離的試驗(yàn)成功

7、。 馬可尼馬可尼以其在無(wú)線電報(bào)等領(lǐng)域的成就，獲得了以其在無(wú)線電報(bào)等領(lǐng)域的成就，獲得了1909 年的年的諾貝爾獎(jiǎng)金物理學(xué)獎(jiǎng)諾貝爾獎(jiǎng)金物理學(xué)獎(jiǎng)。 研究生課程場(chǎng)論 有線電話有線電話 1876年年,美國(guó)美國(guó)A.G.貝爾貝爾在美國(guó)建國(guó)在美國(guó)建國(guó)100周年博覽會(huì)上周年博覽會(huì)上 展示了他所發(fā)明的有線電話。此后展示了他所發(fā)明的有線電話。此后,有線電話便迅速普有線電話便迅速普 及開(kāi)來(lái)。及開(kāi)來(lái)。 2 電磁場(chǎng)理論應(yīng)用電磁場(chǎng)理論應(yīng)用 研究生課程場(chǎng)論 2 電磁場(chǎng)理論應(yīng)用電磁場(chǎng)理論應(yīng)用 廣播廣播 1906年，美國(guó)年，美國(guó)費(fèi)森登費(fèi)森登用用50千赫頻率發(fā)電機(jī)作發(fā)射千赫頻率發(fā)電機(jī)作發(fā)射 機(jī)，用微音器接入天線實(shí)現(xiàn)調(diào)制，使大西洋航

8、船上的機(jī)，用微音器接入天線實(shí)現(xiàn)調(diào)制，使大西洋航船上的 報(bào)務(wù)員聽(tīng)到了他從波士頓播出的音樂(lè)。報(bào)務(wù)員聽(tīng)到了他從波士頓播出的音樂(lè)。 1919年，第一個(gè)定時(shí)播發(fā)語(yǔ)言和音樂(lè)的無(wú)線電廣年，第一個(gè)定時(shí)播發(fā)語(yǔ)言和音樂(lè)的無(wú)線電廣 播電臺(tái)在播電臺(tái)在英國(guó)英國(guó)建成。建成。 次年次年 ，在美國(guó)的匹茲堡城又建成一座無(wú)線電廣播，在美國(guó)的匹茲堡城又建成一座無(wú)線電廣播 電臺(tái)。電臺(tái)。 研究生課程場(chǎng)論 2 電磁場(chǎng)理論應(yīng)用電磁場(chǎng)理論應(yīng)用 電視電視 1884年，德國(guó)年，德國(guó)尼普科夫尼普科夫提出機(jī)械掃描電視的設(shè)想。提出機(jī)械掃描電視的設(shè)想。 1927年，英國(guó)年，英國(guó)貝爾德貝爾德成功地用電話線路把圖像從成功地用電話線路把圖像從 倫敦傳至大西倫

9、敦傳至大西 洋中的船上。洋中的船上。 茲沃霄金茲沃霄金在在1923和和1924年相繼發(fā)明了攝像管和顯年相繼發(fā)明了攝像管和顯 像管。像管。 1931年，他組裝成世界上年，他組裝成世界上 第一個(gè)全電子電視系統(tǒng)。第一個(gè)全電子電視系統(tǒng)。 研究生課程場(chǎng)論 2 電磁場(chǎng)理論應(yīng)用電磁場(chǎng)理論應(yīng)用 雷達(dá)雷達(dá) 1936年，英國(guó)年，英國(guó)瓦特瓦特設(shè)計(jì)了警戒雷達(dá)最先投入了運(yùn)行。設(shè)計(jì)了警戒雷達(dá)最先投入了運(yùn)行。 1938年，美國(guó)研制成第一部能指揮火炮射擊的火炮年，美國(guó)研制成第一部能指揮火炮射擊的火炮 控制雷達(dá)。控制雷達(dá)。 1944年，能夠自動(dòng)跟蹤飛機(jī)的雷達(dá)研制成功。年，能夠自動(dòng)跟蹤飛機(jī)的雷達(dá)研制成功。 1945年，能消除背景

10、干擾顯示運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的顯示技術(shù)年，能消除背景干擾顯示運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的顯示技術(shù) 的發(fā)明的發(fā)明,使雷達(dá)更加完善。使雷達(dá)更加完善。 整個(gè)第二次世界大戰(zhàn)期間整個(gè)第二次世界大戰(zhàn)期間,雷達(dá)成了電磁場(chǎng)理論最活雷達(dá)成了電磁場(chǎng)理論最活 躍的部分。躍的部分。 研究生課程場(chǎng)論 2 電磁場(chǎng)理論應(yīng)用電磁場(chǎng)理論應(yīng)用 衛(wèi)星通信技術(shù)衛(wèi)星通信技術(shù) 1958年年, 美國(guó)發(fā)射低軌的美國(guó)發(fā)射低軌的“斯科爾斯科爾”衛(wèi)星成功衛(wèi)星成功,這是這是 第一顆用于通信的試驗(yàn)衛(wèi)星。第一顆用于通信的試驗(yàn)衛(wèi)星。 1964年年,借助定點(diǎn)同步通信衛(wèi)星首次實(shí)現(xiàn)了美、借助定點(diǎn)同步通信衛(wèi)星首次實(shí)現(xiàn)了美、 歐、歐、 非三大洲的通信和電視轉(zhuǎn)播。非三大洲的通信和電視轉(zhuǎn)播。 19

11、65年年,第一顆商用定點(diǎn)同步衛(wèi)星投入運(yùn)行。第一顆商用定點(diǎn)同步衛(wèi)星投入運(yùn)行。 1969年年, 大西洋、太平洋和印度洋上空均已有定點(diǎn)大西洋、太平洋和印度洋上空均已有定點(diǎn) 同步通信衛(wèi)星同步通信衛(wèi)星,衛(wèi)星地球站已遍布世界各國(guó)。衛(wèi)星地球站已遍布世界各國(guó)。 衛(wèi)星通信經(jīng)歷衛(wèi)星通信經(jīng)歷10年的發(fā)展，終趨于成熟。年的發(fā)展，終趨于成熟。 研究生課程場(chǎng)論 2 電磁場(chǎng)理論應(yīng)用電磁場(chǎng)理論應(yīng)用 衛(wèi)星定位技術(shù)衛(wèi)星定位技術(shù) 1957年衛(wèi)星發(fā)射成功后，人們?cè)噲D將雷達(dá)引入衛(wèi)年衛(wèi)星發(fā)射成功后，人們?cè)噲D將雷達(dá)引入衛(wèi) 星，實(shí)現(xiàn)對(duì)地球表面及近地空間目標(biāo)的定位和導(dǎo)航。星，實(shí)現(xiàn)對(duì)地球表面及近地空間目標(biāo)的定位和導(dǎo)航。 1964年，美國(guó)成功研制子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。年，美國(guó)成功研制子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。 1973年美國(guó)提出了由年美國(guó)提