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1、 02113002 何海波电磁场理论的发展历史以及在现在科技中的应用对 电 磁 场 现 象 的 研 究 是 从 十 六 世 纪 下 半 叶 英 国 伊 莉 莎 白 女 王 的 试 医 官 吉 尔 伯 特 开 始 ，然 而 他 的 研 究 方 法 很 原 始 ， 基 本 上 是 定 性 地 对 现 象 的 总 结 。 对 电 磁 场 的 近 代 研 究 是 从 十八 世 纪 的 卡 文 迪 许 、 库 伦 开 始 ， 他 们 开 创 了 用 测 量 仪 器 对 电 磁 场 现 象 做 定 量 的 规 律 ， 引起 了 电 磁 场 从 定 性 到 定 量 的 飞 跃 。库 仑 定 律 的 建 立
2、基 于 英 国 科 学 家 卡 文 迪 许 在 1772 年 做 的 一 个 一 个 电 学 实 验 ， 他 用一 个 金 属 球 壳 使 之 带 电 ， 发 现 电 荷 全 部 分 布 在 球 壳 的 外 表 面 ， 球 腔 中 任 何 一 点 都 没 有 电的 作 用 。 库 伦 定 律 揭 示 了 电 荷 间 的 静 电 作 用 力 与 它 们 之 间 的 距 离 平 方 成 反 比 。 安 培 在假 设 了 两 个 电 流 元 之 间 的 相 互 作 用 力 沿 着 它 们 的 连 线 之 间 的 作 用 力 正 比 于 它 们 的 长 度和 电 流 强 度 ， 而 与 它 们 之 间
3、 的 距 离 的 平 方 成 反 比 的 公 式 ， 即 提 出 了 著 名 的 安 培 环 路 定 理 。基 于 这 与 牛 顿 万 有 引 力 定 律 十 分 类 似 ， S.D.泊 松 、 C.F.高 斯 等 人 仿 照 引 力 理 论 ， 对 电 磁现 象 也 引 入 了 各 种 场 矢 量 ， 如 电 场 强 度 、 电 通 量 密 度 （ 电 位 移 矢 量 ） 、 磁 场 强 度 、 磁 通密 度 等 ， 并 将 这 些 量 表 示 为 空 间 坐 标 的 函 数 。 但 是 当 时 对 这 些 量 仅 是 为 了 描 述 方 便 而 提出 的 数 学 手 段 ， 实 际 上 认
4、 为 电 荷 之 间 或 电 流 之 间 的 物 理 作 用 是 超 距 作 用 。 直 到 M.法 拉第 ,他 认 为 场 是 真 实 的 物 理 存 在 ,电 力 或 磁 力 是 经 过 场 中 的 力 线 逐 步 传 递 的 ， 最 终 才 作 用到 电 荷 或 电 流 上 。 他 在 1831 年 发 现 了 著 名 的 电 磁 感 应 定 律 ， 并 用 磁 力 线 的 模 型 对 定 律成 功 地 进 行 了 阐 述 ， 但 是 电 磁 感 应 定 律 的 确 认 是 在 1851 年 ， 这 一 过 程 花 了 20 年 。1846 年 ,M.法 拉 第 还 提 出 了 光 波
5、是 力 线 振 动 的 设 想 ， 为 以 后 麦 克 斯 韦 从 数 学 上 建 立 电 磁场 理 论 奠 定 了 基 础 。 J.C.麦 克 斯 韦 继 承 并 发 展 了 法 拉 第 的 这 些 思 想 ， 仿 照 流 体 力 学 中 的方 法 ， 采 用 严 格 的 数 学 形 式 ,将 电 磁 场 的 基 本 定 律 归 结 为 4 个 微 分 方 程 ， 人 们 称 之 为 麦克 斯 韦 方 程 组 。 在 方 程 中 麦 克 斯 韦 对 安 培 环 路 定 律 补 充 了 位 移 电 流 的 作 用 ， 他 认 为 位 移电 流 也 能 产 生 磁 场 。 根 据 这 组 方 程
6、 ， 麦 克 斯 韦 还 导 出 了 场 的 传 播 是 需 要 时 间 的 ， 其 传 播速 度 为 有 限 数 值 并 等 于 光 速 ， 从 而 断 定 电 磁 波 与 光 波 有 共 同 属 性 ， 预 见 到 存 在 电 磁 辐 射现 象 。 静 电 场 、 恒 定 磁 场 及 导 体 中 的 恒 定 电 流 的 电 场 ， 也 包 括 在 麦 克 斯 韦 方 程 中 ， 只 是作 为 不 随 时 间 变 化 的 特 例 。 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
7、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。1873 年，麦克斯韦发表了电磁场通论一书，这是替补集地磁场理论值大成的经典著作。受麦克斯韦理论的影响，赫兹用实验证实了为宜电流和电磁波的存在，证实了电磁波与光波的一致性，这不仅给与电磁场理论一决定性的证明，而且是麦克斯韦 iede 理论得到了人们的普遍承认，而且也为人类利用无线电奠定了重大的实验基础电磁场理论的发展经历了很长时间，从发现到证实，从现象到理论，这一过程需要几代物理学家的努力付出。电磁场理论在现代科技中有着广泛的应用。现 代 电 子 技 术 如 通 讯 、 广 播 、
8、 导 航 、 雷 达 、 遥 感 、 测 控 、 嗲 面 子 对 抗 、 电 子 仪 器 和测 量 系 统 ， 都 离 不 开 电 磁 场 的 发 射 ， 控 制 、 传 播 和 接 收 ； 从 假 期 ， 工 业 自 动 化 到 地 质 勘测 ， 从 电 力 、 交 通 等 工 业 农 业 到 医 疗 卫 生 等 国 民 经 济 领 域 ， 几 乎 全 都 涉 及 到 电 磁 场 理论 的 应 用 。 不 仅 如 此 ， 电 磁 学 一 直 是 ， 将 来 仍 是 新 兴 科 学 的 孕 育 点 。接 下 来 举 几 个 具 体 的 例 子 来 说 明 电 磁 场 理 论 在 科 技 中 的
9、 应 用 。 。1、 电 磁 波 在 隐 形 技 术 中 的 应 用 。隐 形 技 术 的 一 项 主 要 工 作 是 提 高 反 雷 达 侦 测 得 能 力 ， 也 就 是 提 高 目 标 在 雷 达 侦 测 下的 隐 形 性 能 ， 通 常 藉 由 目 标 的 雷 达 散 射 截 面 积 表 示 体 积 。 所 谓 雷 达 散 射 截 面 积 使 之 ： 目标 被 雷 达 散 射 的 电 磁 波 侦 测 是 ， 器 反 射 电 磁 波 能 量 的 程 度 。 雷 达 散 射 截 面 积 的 大 小 ， 反映 了 目 标 反 射 电 磁 波 能 量 的 强 弱 ， 器 越 小 ， 雷 达 就
10、 越 不 易 探 测 到 目 标 。2、电磁波技术在停车场管理系统中的应用随着智能停车场管理系统在国内的不断普及，用户对停车场管理的要求也不断改变和提高，除了电子技术、计算机技术、短距离射频技术和通讯技术的充分运用之外，远距离射频识别技术也慢慢受到用户的青睐。CTST2000 型智能停车场远距离射频识别系统设备是在充分运用世界先进电磁波技术的基础上，通过远距离射频识别技术、网络通信技术、自动控制技术等应用技术的有机结合而研制成功的，它填补了国内智能卡应用技术领域的一项空白。本远距离射频识别系统的感应距离在 1m-10m 之间可调，并不同于进口相关设备的昂贵和安装的不便。用户只需在普通停车场系统
11、配置的基础上增加本远距离识别系统设备，就可实现停车场车辆不停车进出，有效防止人为因素给停车场管理带来的破坏和干扰，实现停车场的智能化科学管理，确保车辆安全。3 探地雷达采用探地雷达对矿井防水体进行缺陷探测，是利用探地雷达发射的电磁波在地下介质仲传播规律的研究与波场特点的分析，结合岩石力学的理论分析和计算，查明介质结构、属性、几何形态及其空间分布特点，从而对矿井防水体（包括防水闸墙、门）的安全可靠性进行评价。4、无线电波无线电波的范围波长为 15 公分2 公里的电磁波。无线电波常被用于距离的通讯，如电视机，收音机等频道多是屯用到无线电波不一被阻挡、折射、变频等特性。现今也用无线电波来探索宇宙遥远
12、处的奥秘。5、微波微波常被用于短距离的通讯或遥控，如电视机、冷气机、音响等遥控器多是运用到微薄的原理。其中，由于微波波长短，直线传播特性强，只能视距传输，但地球表面是弧形因此每隔一段距离建设中继站用以接收和发送，实现远距离传送。因而发展卫星通讯，发射的微波信号能覆盖地球 40%面积，而且其运行轨道与地球自转一样，确保信息可在任何时候传播容量大（能让 6 万人同时打长途电话） 。微波还可以用来测量海水的盐度，海风速度、风向和波浪高度 ; 还可用于杀菌。6 、超声波工业上可用于测量材料的厚度，硬度，晶粒度等；还可以碪探分层、裂缝、折迭等缺陷焊接材料 (高温使接触面融化，融为一体)；另外可作清洗剂
13、(发出电磁波，与清洗表面产生摩擦，发生小爆炸，使表面污垢剥落)。化学上可以用于产生乳化 (在油水混合时向其发射声波，可让油水产生乳化作用)。军事上，潜水艇发出声波侦察鱼雷、潜艇、鱼群等目标(发射器发出声波，遇到目标会被反射，经接收后处理，在荧光幕上显示出来)。7、红外线用热像仪能将物体与环境红外辐射能量的差异以图显示出来，使人在夜间或灰蒙的情况下仍能清楚看到景象；还能能精确地量度温度，测温范围广从零下几十度到几千度；红外线现在主要用于发展遥感技术，有以下几个方面的应用：-作遥感器，发射或接收信息-测量大气，海洋和陆地的温度-通过地面温差，掌握高山、沙漠、河流等的分布，绘制地图从电磁场理论的发展历史到电磁场理论在现代科技中的应用，我们了解到的是电磁场理论的发展经历了很长时间，从初步的认识到完善，几代物理学家为之付出了很多的努力，然而它的发展还没有停止，还有很多被隐藏的真理等待我们去探索，电磁场理论应用的领域应该还可以被扩展，这些都等待我们去发掘。
