电磁场理论绪论

绪论电磁波在传播过程中遇到障碍物就会产生散射。

我们把产生散射的物体称为散射体。

散射体的大小、形状以及组成材料的不同可以影响散射场强的大小与分布情况。

研究电磁波的散射机理以及计算其散射场强的大小与分布具有十分重要的实际意义。

最明显的例子是雷达利用飞机的散射回波来进行搜索与跟踪。

现在还发展到利用散射回波来识别目标。

隐身飞机则是设法减低散射波的场强使雷达无法发现。

此外在通分信方面利用电离层对流层进行散射通信在遥感方面需要了解、析地面植被和海浪波动的随机散射情况。

其他如山地传播、电地下勘探、磁兼容、干扰抗干扰等等问题都牵《涉到电磁波的散射。

因此电磁散射理论与计算》是一门十分重要的专业课程。

分析物体的散射特性一是取决于它的组成材料二是取决于它的电尺寸。

组成材料有导电体、介质体、导体外包介质的包层体以及由多种材料组合在一起的组合体等等而介质又有无耗、有耗、各向同性与各向异性等区别。

关于计算散射场的方法除极少数形状规则的物体可以用严格的解析法来求解之外对于电大物体我们可以用高频近似方法例如GO PO G TD U TD 复射线理论等来求散射场。

反之对于电小物体我们可用准静场来进行分析。

介乎这两者之间的物体一般采用数值方法。

数值法又可分为从积分方程出发与从微分方程出发来求解散射场的两种方法。

经过约二三十年的不断发展和完善目前已经提出了许许多多计算散射场的方法例如M M FD FDTD F E BE CG F MM 等等方法。

这些方法各有优缺点有的是为了避免矩阵求逆有的是为了加快收敛有的是为了提高精度还有的是为了减少贮存等。

因此无论从散射体的组成材料来说或从计算散射场的方法来说它们的内容都是非常广阔的。

作为一本教材我们只能?樯苣切┳罨 镜? 也是最重要的内容。

在确定教材的体系时我们面临这样一个选择: 是按散射体的组成材料来划分章节还是按计算方法来划分章节。

前者需要把各种计算方法穿插在不同的组成材料中介绍而后者则需要把各种具体材料结合到各种计算方法中介绍。

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创 新 教 育
电磁 场 理 论 教 学 研 究 ①
袁 明 辉 （ 上海 理工大 学光 电信 息与计 算机工程 学院 上海 ２ ０ ３ ０ ０９ ） 摘 要： 本文分 析总结 了 目前《电磁 场理论 》 程教 学 中普 遍存 在的一 些 问题 ， 课 并探 讨 了改进 措施 ： 包括 运 用 多种 手段 ， 高 学生对《 提 电 磁 场理论》 程的学 习兴趣 ； 强多媒体教 学手段在教 学上 的应用 ； 用“ 课 加 采 启发式 ” 学， 教 提高 学生 的创造性 思维能 力； 改革《 电磁 场理论 》 教 学 内容 ； 合 多种 手 段 ， 革 考 核 模 式 等 。 综 改 关键词 ： 电磁 场理论 教 学 中图 分类 号 ： ４ Ｇ２ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文章 编号 ： ６ ４ ０ ８ （ ０ ） ２ｂ一０ ８ — １ １ ７ — ９ Ｘ ２ １ ｏ （） １ ４ ０ ｏ
教 好 课 程 的 前 提 和 关 键 所 在 。 此 作 者 在 因 第 一 堂 绪 论 课 上 ， 过 全 面 介 绍 电 磁 场 理 通 １ 目前 （ （ 电磁 场理论》 学中存在 的问题 论技 术在 各 行 各 业 尤 其 是在 科 技 热 点 和 军 教 根 据 作者 的教 学 实 践 ， 现 目前 电磁 事 热 点 上 的 广 泛 应 用 ， 学 生 留下 一 个 良 发 给 场 理 论 课 程 教 学 中 普 遍 存 在 以 下 一 些 问 好 的 印 象 。 时 在 平 时 的 课 堂 教 学 中不 时 同 题 ： 穿 插 所 讲 内 容 与 这 些 热 点 的 联 系 ， 高 学 提 （） １ 由于 《 电磁 场 理 论》 程 本 身过 于 抽 生 的 学 习 兴 趣 ， “ 色 ” 机 、 悬 浮 列 课 如 绿 手 磁 象 ， 生 普 遍 反 映 难学 难 懂 ， 现 为抽 象 的 车 、 身 飞机 和 微 波 炉 的原 理 ， 波 收音 机 学 表 隐 短 纯 理 论和 概 念 多 、 复杂 的 偏 微 分 公式 多 、 计 存 晚 上 收 台 多 但 是 干 扰 大 等 等 。 （ ） 强 多 媒体 教学 手 段 在 教学 的 应 ２加 算 求 解 难 度 大 ， 对 老 师 来 说 教 好 这 门 课 而 也具有相当的难度 。 用 。 于 电磁 场 理 论 》 由 中有 很 多 非 常 抽 象 （） ２ 目前绝 大 多数 教 材都 只强 调 ， 以 用 各 种 如 振 可 理 论 知 识 ， 乏 有 应 用 背景 和 紧 密 跟 踪 最 多媒 体手 段 （ 动 画演 示 ） 缺 如 来加 以 形 象 的 展 帮 但是 同时 也 要 把 新 前 沿 发 展 的 内容 ， 样 不 但 导 致 理 论 与 这 示 ， 助 学生 理 解 和 记 忆 。 实 际 应 用 脱 节 ， 很 难 激 发 学 生 的 学 习热 握 运 用 的 度 ， 能 把 多媒 体 当 作 省 事 的 手 也 不 忱。 段， 不能让其成为课程教 学的主宰。 更 （） ３ 由于 相 关 实 验 设 备 的 匮 乏 ， 致 大 导 （ ） 用 “ 发 式 ” 学 ， 高 学 生 的 创 ３采 启 教 提 正 提 一 部 分 高校 缺 乏 开 展 电磁 场 实 验 的 条 件 ， 致 造 性 思 维 能 力 。 如 爱 因斯 坦 所 说 ： 出 一 使 学 生 的理 论 与 实 际 脱节 ， 为 电磁 场 理 个 问题 往 往 比 解 决 一 个 问题 更 重 要 。 为 成 因 论》 程教学的硬伤之一。 课 解 决 一 个 问题 也 许 仅 仅 需 要 数 学和 物 理 上 （ ） 着 这 些 年 的教 学 改 革 ， 学 生 要 的 技 能 而 已 ， 提 出新 的 问题 ， 需 要有 创 ４随 大 而 却 因 求 的 总 学 分 略 有 下 降 而 开 设 课 程 火 幅 增 造 性 的 想 象 力 。 此 在 电磁 场 理 论 的 整 个 ① 基 金项 目： 海 理 工 大 学 光 电 学 院 电磁 场 理 论 程 建设 资助 项 目。 上 课

磁感应线：磁感应强度B的矢量线， 表示磁场的方向和强弱
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磁感应强度：描述磁场强弱的物 理量，与电流、导磁材料等有关
磁通量：穿过某一面积的磁感应 线的数量，与磁感应强度和面积 有关
03
电磁感应与暂态过程
法拉第电磁感应定律
定律内容：当磁场发生变化时， 会在导体中产生电动势。
02
静电场与恒定磁场
电场强度与电位
电场强度是描述电场中力的性质 的矢量，其定义式为E=F/q。
电场强度的大小与电位的高低无 关，但它们的梯度成正比。
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电位是描述电场中能的性质的标 量，其定义式为V=E/q。
在静电场中，电场强度与电位的 关系可以用高斯定理和环路定理 来描述。
电子技术中的应用
无线通信：电磁波用于传输信号 雷达技术：电磁波用于探测目标 电子显微镜：电磁场用于观察微小物体 磁存储技术：磁场用于存储数据
磁悬浮列车与磁力应用
磁悬浮列车：利用磁力排斥 原理实现列车与轨道的分离， 减少摩擦力，提高运行速度
磁力应用：在工业、医疗、 航空航天等领域，磁力常被 用于实现各种设备与器件的 精确操控和高效运作
04
磁场与物质的相互作用
磁场对载流导体的作用
洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用力，使电荷在磁场中发生偏转
安培力：磁场对通电导线的作用力，使导线在磁场中发生运动
电磁感应：当导体在磁场中运动时，导体中会产生感应电流，同时感应电流也会产生磁场， 与原磁场相互作用
磁畴结构：物质内部的磁畴结构会受到磁场的影响，改变物质的磁畴结构可以改变物质的 磁性
磁场对运动电荷的作用

生物电磁学概论第一章绪论1.1 环境和电磁环境1.2 电磁场与生物系统的相互作用概述1.3 生物电磁学研究的内容第二章生物组织的电特性及其测量2.1 生物组织的传导特性2.2 电介质物理基础简介2.3 生物物质的介电特性2.4 生物组织电特性的测量第三章生物电磁剂量学3.1 电磁剂量学概述3.2 理论剂量学3.3 实验剂量学第四章射频电磁场的生物学效应4.1 对生物大分子和细胞的作用4.2 对染色体的作用及致突变效应4.3 与癌的关系4.4 对动物生殖、生长和发育的影响4.5 在神经系统上的效应4.6 对内分泌系统的影响4.7 对造血和免疫系统的影响4.8 微波的听觉效应4.9 对眼睛的作用4.10 对人体的影响4.11 射频生物学效应实验的要素第五章射频电磁场生物学效应机理5.1 热效应和非热效应概述5.2 粒子对膜的穿透理论5.3 生物系统中的相干电振荡理论5.4 射频能量的谐振效应理论5.5 跨膜离子的回旋谐振理论5.6 微波听觉效应机理5.7 强场作用的克尔效应和珠链效应理论第六章生物电磁学应用研究6.1 射频辐射卫生标准研究6.2 医学应用研究一、课程的地位、基本要求、与其它课程的联系和分工生物电子学是研究非电离辐射电磁波（场）与生物系统不同层次相互作用规律及其应用的边缘学科，主要涉及电磁场与微波技术和生物学。

其意义在开发电磁能在医学、生物学方面的应用以及对电磁环境进行评价和防护。

生物电磁学与工程电磁场与微波技术的不同主要体现在：1、后者的作用对象是具有个体差异的生命物质；2、后者的作用对象是根据人为需要而选取并加工的电磁媒质或单元而前者的作用要让测量系统服从于作用对象。

生物电磁学的研究内容主要设计五个方面：1、电磁场（波）的生物学效应，研究在电磁场（波）作用下生物系统产生了什么；2、生物学效应机理，研究在电磁场（波）作用下为什么会产生什么；3、生物电磁剂量学，研究在什么条件下会产生什么；4、生物组织的电磁特性，研究在电磁场（波）作用下产生什么的生物学本质；5、生物学效应的作用，研究产生的效应做什么和如何做。