电磁理论的应用

电磁理论发展与应用

摘 要 电磁理论的建立不仅是人类探索自然活动的结晶,而且也是人类社会发展的宝贵财富,因此对电磁理论创建过程的了解具有十分重要的意义。本文从人类对电、磁的原始认识出发,系统地讨论了电磁的产生、静电场理论的形成,/动电0,电流磁效应、法拉弟电磁感应定律等的发现,电、磁的联系与统一,同时也探索了麦克斯韦电磁理论的创建过程,寻求了电磁理论在电力、照明、通讯等方面的应用和发展。 关键词 电磁理论;创建;应用;探索

1 引言

电磁理论的建立不仅是人类探索自然活动的结晶,而且也是人类社会发展的宝贵财富。在现代电子技术如电力、通讯、广播、电视、导航、雷达、遥撼、测控、电子对抗、电子仪器和测量系统等都离不开电磁理论。从家用电器、工业自动化到地质勘探;从电力、交通等工业、农业到医疗卫生等国民经济领域,几乎都涉及到电磁理论的应用。然而人类认识电磁运动规律是漫长而曲折的,早在两千多年前,人类就有了关于磁石和摩擦起电的知识,我们的祖先发明指南车,为人类作出了特殊的贡献,但是将电、磁现象系统地上升为理论的研究并加以应用是18世纪以后,特别是19世纪中叶,为了掌握电磁理论的发展过程,本文从人类对电、磁的原始认识出发,系统地从电、磁的产生,电、磁的联

南京邮电大学高等教育

自学考试

毕 业 设 计

设计题目： 电磁场与电磁波基础理论的素描

姓 名 准考证号 专 业 指导教师

完成日期 2009 年 10 月 10 日

1

南京邮电大学高等教育自学考试 毕业设计任务书（本科）

设计（论文）内容、技术要求、主要设计方法（或步骤）： 本文是从初学者的角度去观察电磁场与电磁波的基础理论，没有真知灼见，力求内容经得住推敲。 全文以三大实验定律（库仑定律、安培定律、法拉第电磁感应定律）和两个基本假说（有旋电场假说、位移电流假说）为基础，归纳总结出宏观电磁现象的普遍规律 麦克斯韦方程组；然后再讨论静态场、静态场边值问题的解、动态场、导行电磁波、电磁辐射；动态场主要包含均匀平面波的传播、反射、透射，以及电磁波的极化。 主要参考文献、资料： 《

电磁场理论习题

一

1、求函数?=xy+z-xyz在点（1，1，2）处沿方向角向导数.

?=?3，

???4，

???3的方向的方

?? 解：由于 ?xM=y－yzM= -1

???y???zM=2xy－

xz(1,1,2)=0

M=2z

?xy(1,1,2)=3

cos??所以

211cos??cos??2，2，2

?? ?lM?

2、 求函数?＝xyz在点（5, 1, 2）处沿着点（5, 1, 2）到点（9, 4, 19）的方向的方向导数。

解：指定方向l的方向矢量为

l＝(9－5) ex+(4－1)ey+(19－2)ez ＝4ex+3ey+17ez

其单位矢量

??????cos??cos??cos??1?x?y?z

l??cos?ex?cos?ey?cos?ez?M4314?10,ex????zM3314?xyey?M7314

ez?? ?x所求方向导数

?yz(5,1,2)?2,???y

M?xzM?5?? ?l3、 已知?=x度。

2

M?+2y2+3z2+xy+3x-2y-6z，求在点（0，0，0）和点（1，1，1）处的梯

电磁场与电磁波在 实际中的应用

班级：电子0801 姓名：郑文韬 学号：20082653

一、《电磁场与电磁波》课程综述：

《电磁场与电磁波》课程要求电子类各专业主要课程的核心内容都是电磁现象在特定范围、条件下的体现，分析电磁现象的定性过程和定量方法是电类各专业学生掌握专业知识和技能的基础之一，因而电磁场与电磁波课程所涉及的内容，是合格的电子类专业本科学生所应具备的知识结构的必要组成部分。不仅如此，电磁场理论又是一些交叉领域的学科生长点和新兴边缘学科发展的基础。学好电磁场理论将增强学生的适应能力和创造能力。因此本课程的作用不仅是为进一步学习准备必要的基础，更为深远的是关系到所培养学生的基本素质，因此“电磁场与电磁波”课程在教学计划中应占有重要地位，它是电子类专业本科学生的一门技术基础课。通过学习本课程，应具备以下能力：

（1）在大学物理电磁学的基础上,进一步掌握宏观电磁场的基本规律，并结合各专业实际介绍其技术应用的基本知识；

（2）通过教学，培养学生用场的观点对电器工程中的电磁现象和电磁过程进行定性分析和判断的能力，了解进行定量分析的基本途径，为进一步学习和应用各种较复杂的电磁场计算方法打下基础；

（3）通过电磁场理

matlab 在电磁场的一些应用实例

Matlab 在电磁场中的 应用2009.10

matlab 在电磁场的一些应用实例

一、单电荷的场分布单电荷的外部电位计算公式

q 4 0 r

等位线就是连接距离电荷等距离的点，在图上 表示就是一圈一圈的圆，而电力线就是由点向 外辐射的线，比较简单，这里就不再赘述。

matlab 在电磁场的一些应用实例

theta=[0:.01:2*pi]'; r=0:10; x=sin(theta)*r; y=cos(theta)*r; plot(x,y,'b') x=linspace(-5,5,100); for theta=[-pi/4 0 pi/4] y=x*tan(theta); hold on; plot(x,y); end grid on

matlab 在电磁场的一些应用实例

单电荷的等位线和电力线分布图

matlab 在电磁场的一些应用实例

二、点电荷电场线的图像

考虑一个三点电荷系所构成的系统。如图所示， 其中一个点电荷-q位于坐标原点，另一个-q位于y轴 上的点，最后一个+2q位于y轴的-点，则在xoy平面 内，电场强度应满足

. .

y -q-q +2q x

matlab 在电磁场的一些应用实例

E x, y

电磁学

一、

1、点电荷的电场

研究真空中，两个带正电的点电荷，在电量相同和电量不同情况下的电场分布。

V=V1+V2=

q14??0r1+

q24??0r2，E=-▽V

2、程序实现

主程序文件名为point.m clear all

ep0=8.85*le-12; %真空中的电容率 c0=1/(4*pi*ep0); e=1.6e-10; h=0.018; x=-0.5:h:0.5; y=-0.5:h:0.5;

str{1}=’两同号等量点电荷’； str{2}=’两同号不等量点电荷’; [X,Y]=meshgrid(x,y); q=[e;1.9*e]; for i=1:2

V=c0*e./sqrt((X+0.2).^2+Y.^2)+c0.*q(i)./sqrt((X-0.2).^2+Y.^2); %求电势 [Ex,Ey]=gradient(-V,h); %求电场 figure(i)

counter(X(:,:,1),Y(:,:,1),V,… %等势面

[20,-20,19,-19,18,-18,17,-17,16,-16,15,-15,14,-14,13,-13,12,-12,11,-11,10,-10],’r’); Axis([-0.

Matlab在电磁场中的应用

摘 要:根据电磁场与电磁波课程的现状,在实验教学中引入Matlab软件,利用Matlab的图形技术对时变电磁场的空间分布进行仿真。对理想介质的电磁波传播和矩形波导中的TE10模的场结构进行了动态仿真。实践证明,将抽象的电磁场概念形象化、可视化,大大加深了学生对电磁波传播特性的理解,取得了很好的教学效果。 关键词:电磁场与电磁波; Matlab; 仿真

Abstract: Based on the p resent state of the experiment of electromagnetic fields and waves course, Matlab software was introduced to simulate the spatial distribution of time varying electromagnetic fields in experimental teaching. The propagation of electromagnetic waves in a perfect medium and TE10 mode l of rectangular wave guide

matlab 在电磁场的一些应用实例

Matlab 在电磁场中的 应用2009.10

matlab 在电磁场的一些应用实例

一、单电荷的场分布单电荷的外部电位计算公式

q 4 0 r

等位线就是连接距离电荷等距离的点，在图上 表示就是一圈一圈的圆，而电力线就是由点向 外辐射的线，比较简单，这里就不再赘述。

matlab 在电磁场的一些应用实例

theta=[0:.01:2*pi]'; r=0:10; x=sin(theta)*r; y=cos(theta)*r; plot(x,y,'b') x=linspace(-5,5,100); for theta=[-pi/4 0 pi/4] y=x*tan(theta); hold on; plot(x,y); end grid on

matlab 在电磁场的一些应用实例

单电荷的等位线和电力线分布图

matlab 在电磁场的一些应用实例

二、点电荷电场线的图像

考虑一个三点电荷系所构成的系统。如图所示， 其中一个点电荷-q位于坐标原点，另一个-q位于y轴 上的点，最后一个+2q位于y轴的-点，则在xoy平面 内，电场强度应满足

. .

y -q-q +2q x

matlab 在电磁场的一些应用实例

E x, y

１

电磁场在社会中的应用

麦克斯韦全面地总结了电磁学研究的全部成果，并在此基础上提出了“感生电场”和“位移电流”的假说，建立了完整的电磁场理论体系，不仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁现象的内在联系及统一性，完成了物理学的又一次大综合。他的理论成果为现代无线电电子工业奠定了理论基础。

麦克斯韦方程组是麦克斯韦建立的描述电场与磁场的四个方程。

方程组的微分形式，通常称为麦克斯韦方程。在麦克斯韦方程组中，电场和磁场已经成为一个不可分割的整体。该方程组系统而完整地概括了电磁场的基本规律，并预言了电磁波的存在。

麦克斯韦提出的涡旋电场和位移电流假说的核心思想是：变化的磁场可以激发涡旋电场，变化的电场可以激发涡旋磁场；电场和磁场不是彼此孤立的，它们相互联系、相互激发组成一个统一的电磁场。麦克斯韦进一步将电场和磁场的所有规律综合起来，建立了完整的电磁场理论体系。这个电磁场理论体系的核心就是麦克斯韦方程组。

麦克斯韦方程组在电磁学中的地位，如同牛顿运动定律在力学中的地位一样。以麦克斯韦方程组为核心的电磁理论，是经典物理学最引以自豪的成就之一。它所揭示出的电磁相互作用的完美统一，为物理学家树立了这样一种信念：物质的各种相互作用在更

电磁感应与动量的综合

1．安培力的冲量与电量之间的关系：

设想在某一回路中，一部分导体仅在安培力作用下运动时，安培力为变力，但其冲量可用它对时间的平均值进行计算，即I冲?F安?t

而F＝BIL（I为电流对时间的平均值） 故有：安培力的冲量I冲?BIL??t 而电量q=IΔt，故有I冲?BLq

因只在安培力作用下运动 BLq=mv2－mv1 q??P BLE??t?R??B?SBLx??若磁感应强度是匀强磁场，q? RRR2．感应电量与磁通量的化量的关系：q?I??t?n???t??t?n?? RR以电量作为桥梁，把安培力的冲量、动量变化量与回路磁通量的变化量、导体棒的位移联系起来。

例1．如图所示，在光滑的水平面上，有一垂直向下的匀强磁场分布在宽度为L的区域内，现有一个边长为a（a

A．完全进入磁场中时的速度大于（v0+v）/2 B．完全进入磁场中时的速度等于（v0+v）/2 C．完全进入磁场中时的速度小于（v0+v）/2 D．以上情况均有可能

例2．在水平光滑等距的金属导轨上有一定值电阻R，导轨宽d ，电阻不计，导体棒AB垂直于导轨放置，质量为m，整个装置处于垂直导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度为B。现给导体棒一水平初