中国科技大学：《电磁场理论》 第一章 矢量分析与场论基础

第一讲 电磁场理论 Electromagnetic Theory 中国科大刘梦之

电 磁 场 理 论 Electromagnetic Theory 中国科大 刘梦之 第一讲

论 、电磁场理论的主要研究领域 磁场理论发展简史 三、电磁场理论的主要研究对象 四、学习的目的、方法及其要求

序 论 一、电磁场理论的主要研究领域 二、磁场理论发展简史 三、电磁场理论的主要研究对象 四、学习的目的、方法及其要求

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 电磁 力于统一场理论和微观 场的 量子电动力学的研究。 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

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

大类应用问题: 电磁场(或电磁波)作为能量的一种形式,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、储存、变换、传输和综合利用。 电磁波作为信息传输的载体,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、获取、交换、传输、储存、处 理、再现和综合利用。 电磁波作为探测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、 目标特征的获取与重建、探测新技术等

三大类应用问题： ♥ 电磁场（或电磁波）作为能量的一种形式，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、储存、变换、传输和综合利用。 ♥ 电磁波作为信息传输的载体，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、获取、交换、传输、储存、处 理、再现和综合利用。 ♥ 电磁波作为探测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、 目标特征的获取与重建、探测新技术等

磁场理论发展简史 1.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。 19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。但是由于这些研究 (特别是伏打1799年发明了电池),为电磁学理 论的建立奠定了基础

二、磁场理论发展简史 1．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。 19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。但是由于这些研究 （特别是伏打1799年发明了电池），为电磁学理 论的建立奠定了基础

2.电磁场理论的建立 18世纪末期,德国哲学家谢林认为,宇宙是 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、热 是相互联系的 奥斯特是谢林的信徒,他从1807年开始研究 电磁之间的关系。1820年,他发现电流以力 作用于磁针

2．电磁场理论的建立 18世纪末期，德国哲学家谢林认为，宇宙是 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、热 是相互联系的。 奥斯特是谢林的信徒，他从1807年开始研究 电磁之间的关系。1820年，他发现电流以力 作用于磁针

安培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 了若干数学公式。 法拉第在谢林的影响下,相信电、磁、光、热是相 互联系的。奥斯特1820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, 磁也一定能够对电产生影响。1821年他开始探索磁 生电的实验。1831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 在着密切的联系

安培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 了若干数学公式。 法拉第在谢林的影响下，相信电、磁、光、热是相 互联系的。奥斯特1820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， 磁也一定能够对电产生影响。1821年他开始探索磁 生电的实验。1831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 在着密切的联系

麦克斯韦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 第实验的基础上,总结了宏观电磁现象的 规律,引进位移电流的概念。这个概念的 核心思想是:变化着的电场能产生磁场; 与变化着的磁场产生电场相对应。在此基 础上提出了一套偏微分方程来表达电磁现 象的基本规律,称为麦克斯韦方程组,是 经典电磁学的基本方程

麦克斯韦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 第实验的基础上，总结了宏观电磁现象的 规律，引进位移电流的概念。这个概念的 核心思想是：变化着的电场能产生磁场； 与变化着的磁场产生电场相对应。在此基 础上提出了一套偏微分方程来表达电磁现 象的基本规律，称为麦克斯韦方程组，是 经典电磁学的基本方程

3.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 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

3．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

无线电报1895年,意大利马可尼成功地进行了 25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,189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AG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

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