緒論《場論》

1、場場 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 參考書籍 1.場論場論 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.電磁場理論電磁場理論華德顯 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 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 掌握宏觀電磁場的基本屬性和運動規(guī)律 掌握宏觀電磁場問題的基本求解方法 了解宏觀電磁

2、場的主要應(yīng)用領(lǐng)域及其原理 訓(xùn)練分析問題、歸納問題的科學(xué)方法 培養(yǎng)用數(shù)學(xué)解決實際問題的能力 學(xué)習(xí)目的及任務(wù) 1 電磁場理論發(fā)展史電磁場理論發(fā)展史 1.1 電磁場理論的早期研究電磁場理論的早期研究 電、磁現(xiàn)象是大自然最重要的往來現(xiàn)象，也最早電、磁現(xiàn)象是大自然最重要的往來現(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)象作為兩個獨立的物理現(xiàn)象，世紀(jì)以前，電、磁現(xiàn)象作為兩個獨立的物理現(xiàn)象， 沒有發(fā)現(xiàn)電與磁的聯(lián)系。但是由于這些研究沒有發(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 電磁場理論的建立電磁場理論的建立 18世紀(jì)末期，德國哲學(xué)家世紀(jì)末期，德國哲學(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年開始研究電磁年開始研究電磁 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 電磁場理論發(fā)展史電磁場理論發(fā)展史 研究生課程場論 1 電磁場理論發(fā)展史電磁場理論發(fā)展史 1.2 電磁場理論的建立電磁場理論的建立 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 通過電流的導(dǎo)線的垂直線方向相互垂直，并定量建立通過電流的導(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年他開始探索磁生電的實驗。年他開始探索磁生電的實驗。1831 年他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)磁捧插入導(dǎo)體線圈時；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；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。 研究生課程場論 1 電磁場理論發(fā)展史電磁場理論發(fā)展史 1.2 電磁場理論的建立電磁場理論的建立 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 問題，發(fā)展了場的概念。在法拉第實驗的基礎(chǔ)上，總問題，發(fā)展了場的概念。在法拉第實驗的基礎(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。 研究生課程場論 研究生課程場論 2 電磁場理論應(yīng)用電磁場理論應(yīng)用 無線電報無線電報 （電磁波應(yīng)用的開始電磁波應(yīng)用的開始） 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 的無線電報傳送實驗。的無線電報傳送實驗。 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。米距離的類似試驗。 1899年年, 無線電報跨越英吉利海峽的試驗成功。無線電報跨越英吉利海峽的試驗成功。 1901年，跨越大西洋的年，跨越大西洋的3200公里距離的試驗成功。公里距離的試驗成功

7、。 馬可尼馬可尼以其在無線電報等領(lǐng)域的成就，獲得了以其在無線電報等領(lǐng)域的成就，獲得了1909 年的年的諾貝爾獎金物理學(xué)獎諾貝爾獎金物理學(xué)獎。 研究生課程場論 有線電話有線電話 1876年年,美國美國A.G.貝爾貝爾在美國建國在美國建國100周年博覽會上周年博覽會上 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 及開來。及開來。 2 電磁場理論應(yīng)用電磁場理論應(yīng)用 研究生課程場論 2 電磁場理論應(yīng)用電磁場理論應(yīng)用 廣播廣播 1906年，美國年，美國費森登費森登用用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現(xiàn)調(diào)制，使大西洋航船上的 報務(wù)員聽到了他從波士頓播出的音樂。報務(wù)員聽到了他從波士頓播出的音樂。 1919年，第一個定時播發(fā)語言和音樂的無線電廣年，第一個定時播發(fā)語言和音樂的無線電廣 播電臺在播電臺在英國英國建成。建成。 次年次年 ，在美國的匹茲堡城又建成一座無線電廣播，在美國的匹茲堡城又建成一座無線電廣播 電臺。電臺。 研究生課程場論 2 電磁場理論應(yīng)用電磁場理論應(yīng)用 電視電視 1884年，德國年，德國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，英國年，英國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 第一個全電子電視系統(tǒng)。第一個全電子電視系統(tǒng)。 研究生課程場論 2 電磁場理論應(yīng)用電磁場理論應(yīng)用 雷達(dá)雷達(dá) 1936年，英國年，英國瓦特瓦特設(shè)計了警戒雷達(dá)最先投入了運行。設(shè)計了警戒雷達(dá)最先投入了運行。 1938年，美國研制成第一部能指揮火炮射擊的火炮年，美國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，能夠自動跟蹤飛機(jī)的雷達(dá)研制成功。年，能夠自動跟蹤飛機(jī)的雷達(dá)研制成功。 1945年，能消除背景

10、干擾顯示運動目標(biāo)的顯示技術(shù)年，能消除背景干擾顯示運動目標(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。 整個第二次世界大戰(zhàn)期間整個第二次世界大戰(zhàn)期間,雷達(dá)成了電磁場理論最活雷達(dá)成了電磁場理論最活 躍的部分。躍的部分。 研究生課程場論 2 電磁場理論應(yīng)用電磁場理論應(yīng)用 衛(wèi)星通信技術(shù)衛(wèi)星通信技術(shù) 1958年年, 美國發(fā)射低軌的美國發(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衛(wèi)星。第一顆用于通信的試驗衛(wèi)星。 1964年年,借助定點同步通信衛(wèi)星首次實現(xiàn)了美、借助定點同步通信衛(wèi)星首次實現(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,第一顆商用定點同步衛(wèi)星投入運行。第一顆商用定點同步衛(wèi)星投入運行。 1969年年, 大西洋、太平洋和印度洋上空均已有定點大西洋、太平洋和印度洋上空均已有定點 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。衛(wèi)星地球站已遍布世界各國。 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。 研究生課程場論 2 電磁場理論應(yīng)用電磁場理論應(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，人們試圖將雷達(dá)引入衛(wèi)年衛(wèi)星發(fā)射成功后，人們試圖將雷達(dá)引入衛(wèi) 星，實現(xiàn)對地球表面及近地空間目標(biāo)的定位和導(dǎo)航。星，實現(xiàn)對地球表面及近地空間目標(biāo)的定位和導(dǎo)航。 1964年，美國成功研制子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。年，美國成功研制子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。 1973年美國提出了由年美國提