電磁場及其應(yīng)用分解課件

1、2022/8/1第三講 電磁場及其應(yīng)用2022/8/1本講主要內(nèi)容3. 電磁學(xué)應(yīng)用1. 電磁波的發(fā)現(xiàn)2. 電磁波2022/8/1赫茲（1857-1894）H.R.Hertz德國物理學(xué)家基爾霍夫和亥姆霍茲的學(xué)生1880年獲博士學(xué)位1885年發(fā)現(xiàn)電磁波 在麥克斯韋逝世9年后的1888年，赫茲通過實驗證實了電磁波的存在。這樣由法拉第開創(chuàng)，麥克斯韋建立，赫茲驗證的電磁場理論向全世界宣告了它的勝利。 后人為了紀(jì)念他，把頻率的單位定為赫茲。1. 電磁波的發(fā)現(xiàn)2022/8/1插曲：在此七年前，一位叫戴維的人也接收到了電磁波信號，他隨即向英國皇家協(xié)會會長斯托克斯匯報，但斯托克斯認(rèn)為這只是普通的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，戴

2、維過于迷信權(quán)威，對于這一天賜良機未與重視，使發(fā)現(xiàn)被埋沒了。 2022/8/1 1878年夏，柏林大學(xué)物理學(xué)教授亥姆霍茲提出：用實驗方法來驗證麥克斯韋理論的正確性。1886年10月，赫茲在做一個放電實驗過程中，偶然發(fā)現(xiàn)近旁一個線圈中也發(fā)出火花。赫茲實驗2022/8/1 赫茲實驗裝置：將兩個用空氣隙隔開的金屬小球接上高壓交流電，使電荷交替地涌入兩個小球，當(dāng)兩個小球電勢差最大時，就有電火花跳過空氣隙。另用一根導(dǎo)線彎成環(huán)形，線的兩端之間也有空氣隙，做成了一個能探測電磁波的檢波線圈。 結(jié)論：電流的能量能跨越空間，從發(fā)生器送到接收器。2022/8/1 無線電報(1901年) 廣播(1906年) 電話(19

3、16年) 傳真(1923年) 電視(1929年) 微波(1933年) 雷達(dá)(1935年) 衛(wèi)星通訊 電子計算機因特網(wǎng)電磁波的技術(shù)成果電磁波的發(fā)現(xiàn)2022/8/1 電磁波是能量的一種，凡是能夠釋放出能量的物體，都會放射出電磁波。 電與磁是一體兩面，變化的電激發(fā)出磁，變化的磁則會產(chǎn)生電。電磁的變化就如同微風(fēng)輕拂水面產(chǎn)生水波一般，因此被成為電磁波。每秒變化的次數(shù)便是頻率。 電磁波頻率低時，主要藉有形的導(dǎo)電體才能傳遞；頻率漸提高時，電磁波就會外溢到導(dǎo)體之外，不需要介質(zhì)也能向外傳遞能量，這就是一種輻射。真空中電磁波的傳播速度：2. 電磁波電磁波2022/8/1電磁波譜2022/8/1無線電波波長最長的電

4、磁波，波長從幾千米到幾毫米。廣播電臺：中波 （5351605 kHz），短波（224 MHz）；亞太地區(qū)衛(wèi)星廣播（11.7-12.2kMHz）；調(diào)頻廣播（88108 MHz）電磁波2022/8/1FM 107.7 Music Radio（中央電臺音樂之聲第三套）FM 106.7 青浦電臺（郊區(qū)電臺）FM 106.5 浦東電臺（郊區(qū)電臺）FM 105.7 上海電臺交通頻率（AM648）FM 105.1 金山電臺（郊區(qū)電臺）FM 104.5 東廣新聞臺（東方廣播電臺） （AM1296）FM 103.7 Love Radio（東方電臺流行音樂頻率）FM 102.7 閔行電臺（郊區(qū)電臺）FM 101.

5、7 動感101（東方電臺流行音樂頻率）FM 100.9 松江電臺（郊區(qū)電臺）FM 100.3 南匯電臺（郊區(qū)電臺）FM 99.6 浙江電臺文藝頻率可聽級FM 99.0 中央電臺中國之聲（第一套）（AM540）FM 98.1 東方明珠移動電視MMTV（電視伴音）FM 97.7 第一財經(jīng)廣播頻率（東方電臺財經(jīng)頻率）（AM1422）上海地區(qū)調(diào)頻電臺頻率（MHz）2022/8/1FM 97.4 浙江電臺新聞綜合頻率可聽級 （AM810）FM 96.8 開心調(diào)頻（上海電臺文藝頻率）FM 96.2 寶山電臺（郊區(qū)電臺）FM 95.9 奉賢電臺（郊區(qū)電臺）FM 95.3 江蘇電臺頻率FM 94.7 經(jīng)典94

6、7（東方電臺經(jīng)典音樂頻率）FM 94.0 上海五星體育廣播FM 93.4 990新聞頻率（上海人民廣播電臺）（AM990）FM 92.4 海上戲?。ㄉ虾ｋ娕_戲劇頻率）（AM1197）FM 91.4 中央電臺經(jīng)濟(jì)之聲（去年12月底開始在上海轉(zhuǎn)播）（AM855）FM 89.9 都市792（東方電臺都市頻率）（AM792）FM 88.9 常熟電臺可聽級FM 87.9 中國國際廣播電臺輕松調(diào)頻（CRI Easy FM） 2022/8/1微波 微波是頻率在300兆赫到300千兆赫的電磁波（波長1米1毫米）,通常用于電視、廣播、通訊技術(shù)中。 把微波作為一種能源，又拓展了一個分支技術(shù)，在工農(nóng)業(yè)上可進(jìn)行加熱、

7、干燥、殺菌；在化學(xué)工業(yè)中進(jìn)行催化、萃取等化學(xué)反應(yīng)和激發(fā)等離子體；等等2022/8/1藍(lán)牙技術(shù) 藍(lán)牙技術(shù)在全球通用的2.4GHz ISM（工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段，藍(lán)牙的數(shù)據(jù)速率為1Mb/s。從理論上來講，以2.45GHz ISM波段運行的技術(shù)能夠使相距30m以內(nèi)的設(shè)備互相連接，傳輸速率可達(dá)到2Mb/s，但實際上很難達(dá)到。應(yīng)用了藍(lán)牙技術(shù)“plonk and play”的概念，有點類似“即插即用”的概念，任意藍(lán)牙技術(shù)設(shè)備一旦搜尋到另一個藍(lán)牙技術(shù)設(shè)備，馬上就可以建立聯(lián)系，而無須用戶進(jìn)行任何設(shè)置，可以解釋成“即連即用”。這在無線電環(huán)境非常嘈雜的環(huán)境下，它的優(yōu)勢就更加明顯了。藍(lán)牙技術(shù)的另一大優(yōu)勢是它應(yīng)用了

8、全球統(tǒng)一的頻率設(shè)定，這就消除了“國界”的障礙。 2022/8/1 ISM頻段是對所有無線電系統(tǒng)都開放的頻段，因此使用其中的某個頻段都會遇到不可預(yù)測的干擾源。例如某些家電、無繩電話、汽車房開門器、微波爐等，都可能是干擾。為此，藍(lán)牙技術(shù)特別設(shè)計了快速確認(rèn)和跳頻方案以確保鏈路穩(wěn)定。跳頻技術(shù)是把頻帶分成若干個跳頻信道（hop channel），在一次連接中，無線電收發(fā)器按一定的碼序列不斷地從一個信道跳到另一個信道，只有收發(fā)雙方是按這個規(guī)律進(jìn)行通信的，而其它的干擾不可能按同樣的規(guī)律進(jìn)行干擾；跳頻的瞬時帶寬是很窄的，但通過擴(kuò)展頻譜技術(shù)使這個窄帶或成倍地擴(kuò)展成寬頻帶，使干擾可能的影響變成很小。與其它工作在相

9、同頻段的系統(tǒng)相比，藍(lán)牙跳頻更快，數(shù)據(jù)包更短，這使藍(lán)牙技術(shù)比其它系統(tǒng)都更穩(wěn)定。海蒂.拉瑪 （Hedy Lamarr)2022/8/1紅外線熱效應(yīng)顯著能透過濃霧或較厚的氣層而不易被吸收。紅外照相、紅外雷達(dá)、紅外光譜分析。人體溫 (310K)，不斷輻射9微米的紅外線。2022/8/1可見光波長范圍：（400 nm760 nm）能引起人們的視覺，稱為光波。電磁波2022/8/1紫外光波長范圍：（10 nm-400 nm） 紫外線有明顯的生物作用，可用來殺菌；對許多昆蟲特別敏感，農(nóng)村中用紫外燈來誘捕害蟲；紫外線還會引起化學(xué)反應(yīng)，使照相底片感光等。2022/8/1X射線 波長范圍（0.01nm-10nm）

10、 具有很強的穿透能力，可用來透視人體內(nèi)部的病變情況或檢查金屬材料內(nèi)部的缺陷和分析晶體的結(jié)構(gòu)，也可以破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)等。電磁波2022/8/1射線的穿透能力比X射線更強，也可用于金屬探傷。比X射線更能破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)。射線2022/8/1產(chǎn)生與傳播t0+EE電偶極子的某一對電力線+HEE兩電荷相遇,電力線閉合,產(chǎn)生渦旋電場并激發(fā)磁場.t4T+2TtHEHE振蕩電偶極子完成正半周的振蕩+HEHE34tTHEHE正 負(fù)電荷反向相遇時新產(chǎn)生的渦旋電場繞向與t=T/4時的相反.+2T4tTHEHE變化的電場和變化的磁場相互激發(fā),相互感生,向外傳播.+4t0T兩電荷相對靠近,電力線相對向外擴(kuò)展.EE+34tT2T

11、振蕩電偶極子進(jìn)行負(fù)半周的振蕩HEHE（5）電磁波的產(chǎn)生2022/8/1過程瀏覽+EE+EEHEEHH+EEt=0t=T/4過程瀏覽EEHH+EEHH+HHEEEEHHt=T/2t=3T/42022/8/1振子的近場EH+極軸 在子午面(一系列包含極軸的平面)內(nèi).E在與赤道面平行的平面內(nèi).H振蕩電偶極子發(fā)射的電磁波2022/8/1續(xù)上EHOEEHHO+rr+振蕩電偶極子發(fā)射的電磁波 在子午面(一系列包含極軸的平面)內(nèi).E在與赤道面平行的平面內(nèi).H傳播方向 沿的方向.rEH 與 相互垂直.EH波場中任一點的+極軸2022/8/1 物體具有吸收、反射、散射、輻射和透射電磁波的本領(lǐng)，不同物體吸收、反射

12、、輻射電磁波的波長不同，稱為物體的光譜特征，它是遙感技術(shù)的基本原理，即利用物體的光譜特征與遙感探測器探測到該物體輻射或反射的電磁波進(jìn)行比較得到該物體信息的技術(shù)。遙感技術(shù)3. 電磁學(xué)應(yīng)用2022/8/1a. 遙感儀：接收電磁波，如雷達(dá)，對目標(biāo)發(fā)射電磁波，根據(jù)反射回來的波進(jìn)行主動性的跟蹤遙感。遙感技術(shù)三個組成部分：b. 運載工具：把遙感儀送到與被測物體保持一定距離和角度的地點去，稱為遙感平臺。c. 識別設(shè)備：如電子計算機、彩色合成儀、圖象數(shù)字化儀器，用它處理和判讀由遙感儀接收到的目標(biāo)物體的信息特征。 2022/8/1發(fā)電機2022/8/1水利發(fā)電2022/8/1鳥類利用地磁場導(dǎo)航2022/8/1紅

13、外線熱像圖2022/8/12022/8/1問題：在有磁場變化的空間，如果沒有導(dǎo)體，那么，在此空間有沒有電場？有沒有感應(yīng)電動勢？問題：有一根很長的銅管垂直放置，有一根磁棒由管中垂直下落。試述磁棒的運動情況（與磁棒作自由落體作比較）。答案：有電場，但談不上有感應(yīng)電動勢，因為電動勢是對于電源而言的，現(xiàn)在這里只有空間，沒有電源，當(dāng)然也無電動勢了。答案：磁棒下落將在銅管內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流（渦流），根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流相當(dāng)于產(chǎn)生另一根磁棒，阻礙原來磁棒的下落。所以磁棒不會作自由落體運動。2022/8/1課堂習(xí)題1. 如果你用梳子梳頭使梳子帶電，然后以1赫的頻率前后擺動這把梳子，會產(chǎn)生一個電磁波嗎？波速將是多少？頻率是多少？波長多長？ 2. 做出估計： 光從你室內(nèi)的電燈到你的眼睛大約要化多長時間？2022/8/1課堂提問：如果你用梳子梳頭使梳子帶電，然后以1赫的頻率前后擺動這把梳子，會產(chǎn)生一個電磁波嗎？波速將是多少？頻率是多少？波長多長？ 答案：是的，會產(chǎn)生一個電磁波，其波速為3108米/秒，頻率為1赫。由于每秒產(chǎn)生一個完整的波而波以3108米/秒的速率向外傳播，所以波長一定是3108米。 2022/8/1課堂提問： 電磁波的頻率為109赫。這是多少兆赫？多少千赫？它在你的收音機的刻度盤上嗎？ 答案： 1000兆