電磁場(chǎng)導(dǎo)論主講仲慧電磁軌道炮是利用電磁學(xué)原理來(lái)發(fā)射炮彈。軌道炮由兩條平行的導(dǎo)軌組成，彈丸夾在兩條導(dǎo)軌之間。兩軌接入電源，電流經(jīng)一導(dǎo)軌流向彈丸再流向另一導(dǎo)軌產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)與電流相互作用，產(chǎn)生強(qiáng)大的安培力推動(dòng)彈丸，達(dá)到很高的速度。電磁軌道炮由美國(guó)海軍開(kāi)發(fā)，它可以推射一枚7磅重的炮彈達(dá)到每小時(shí)5600英里的速度。美國(guó)海軍官方介紹稱(chēng)該武器的射程可以比傳統(tǒng)武器系統(tǒng)大20倍。電磁軌道炮可以讓一枚炮彈在不到6分鐘的時(shí)間內(nèi)到達(dá)290英里遠(yuǎn)的目標(biāo)。課程性質(zhì)、地位電磁場(chǎng)理論是高等學(xué)校工科電氣信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要技術(shù)基礎(chǔ)課，也是一些交叉學(xué)科的生長(zhǎng)點(diǎn)和新興邊緣學(xué)科的發(fā)展基礎(chǔ)。本課程所涉及的內(nèi)容是合格的電氣工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)本科生所應(yīng)具備的知識(shí)結(jié)構(gòu)的必要組成部分，是增強(qiáng)學(xué)生適應(yīng)能力和創(chuàng)造能力所必須具備的基本素質(zhì)。課程的主要任務(wù)在《大學(xué)物理》電磁學(xué)的基礎(chǔ)上，以《工程數(shù)學(xué)》的矢量分析和場(chǎng)論為工具，進(jìn)一步研究宏觀電磁場(chǎng)的基本規(guī)律；培養(yǎng)學(xué)生用“場(chǎng)”的觀點(diǎn)，定性分析判斷電氣工程中電磁現(xiàn)象的初步能力；了解定量分析的基本途徑，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)較復(fù)雜的電磁場(chǎng)計(jì)算方法奠定基礎(chǔ)。通過(guò)本課程的邏輯推理，培養(yǎng)學(xué)生的正確思維能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。先修課程

大學(xué)物理電磁學(xué)矢量分析與場(chǎng)論電磁場(chǎng)導(dǎo)論梯度grad散度div旋度rot亥姆霍茲定理靜電場(chǎng)1恒定場(chǎng)2時(shí)變電磁場(chǎng)3平面電磁波的傳播4學(xué)習(xí)方法電磁場(chǎng)理論體系完整、簡(jiǎn)練、內(nèi)涵豐富，概念性強(qiáng)，且較為抽象，同時(shí)應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)與工具較多，涉及知識(shí)面廣，需要注意科學(xué)的方法。深入理解，建立正確的物理概念，并熟練應(yīng)用必須的數(shù)學(xué)知識(shí)和工具。掌握分析和計(jì)算的方法，逐步建立工程分析觀點(diǎn)，刻苦鉆研，獨(dú)立思考，及時(shí)做好課程的預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。什么是場(chǎng)1.物理場(chǎng)：物理學(xué)中的場(chǎng)一種特殊形式的物質(zhì)電場(chǎng)磁場(chǎng)電磁場(chǎng)。。。2.數(shù)學(xué)場(chǎng)：物理場(chǎng)的物理量的數(shù)學(xué)描述一般的，作為空間坐標(biāo)的函數(shù)（有時(shí)還是時(shí)間的函數(shù)）的任何物理量都叫做一個(gè)數(shù)學(xué)場(chǎng)。

如果在全部空間或部分空間里的每一點(diǎn)，都對(duì)應(yīng)著某個(gè)物理量的一個(gè)確定值，就說(shuō)在這個(gè)空間里確定了該物理量的一個(gè)場(chǎng)。--------謝樹(shù)藝《矢量分析與場(chǎng)論》（第二版）3.數(shù)學(xué)場(chǎng)舉例標(biāo)量場(chǎng)（數(shù)量場(chǎng)）：物理量是標(biāo)量（數(shù)量）矢量場(chǎng)（向量場(chǎng)）：物理量是矢量（向量）穩(wěn)定場(chǎng)：與時(shí)間無(wú)關(guān)，不隨時(shí)間變化非穩(wěn)定場(chǎng)：與時(shí)間有關(guān)，隨時(shí)間變化電場(chǎng)

有電荷接近或周?chē)艌?chǎng)強(qiáng)度有變化的區(qū)域，這個(gè)區(qū)域會(huì)對(duì)引入的電荷施加機(jī)械力。任意一點(diǎn)的電場(chǎng)方向就是置于該點(diǎn)的一個(gè)小正電荷的受力方向。

電荷之間的相互作用是通過(guò)電場(chǎng)發(fā)生的。只要有電荷存在，電荷的周?chē)痛嬖谥妶?chǎng)，是物質(zhì)存在的一種形式。電場(chǎng)的基本特性是對(duì)靜止或運(yùn)動(dòng)的電荷有作用力，其作用力的大小為，正電荷受力方向與場(chǎng)強(qiáng)的方向相同，負(fù)電荷受力方向與場(chǎng)強(qiáng)方向相反。場(chǎng)強(qiáng)是描述電場(chǎng)特性的物理量。電場(chǎng)的本質(zhì)我們所見(jiàn)到的一切運(yùn)動(dòng)，反應(yīng)，變化都是電場(chǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜，相互作用的結(jié)果。電場(chǎng)就是原子核對(duì)核外電子的吸引力。當(dāng)這種力分布不均勻時(shí)，物質(zhì)就會(huì)對(duì)外界體現(xiàn)一些宏觀力。我們就會(huì)感覺(jué)到有電場(chǎng)的存在。比如靜電、電勢(shì)等。這樣我們就可以說(shuō)原子核對(duì)電子的引力是世界上一切運(yùn)動(dòng)的力量來(lái)源。

希臘伊卡利島磁場(chǎng)能夠產(chǎn)生磁力的空間存在著磁場(chǎng)。磁場(chǎng)是一種特殊的物質(zhì)。磁體周?chē)嬖诖艌?chǎng)，磁體間的相互作用就是以磁場(chǎng)作為媒介的。電流、運(yùn)動(dòng)電荷、磁體或變化電場(chǎng)周?chē)臻g存在的一種特殊形態(tài)的物質(zhì)。由于磁體的磁性來(lái)源于電流，電流是電荷的運(yùn)動(dòng)，因而概括地說(shuō)，磁場(chǎng)是由運(yùn)動(dòng)電荷或變化電場(chǎng)產(chǎn)生的。磁場(chǎng)的基本特征是能對(duì)其中的運(yùn)動(dòng)電荷施加作用力，磁場(chǎng)對(duì)電流、對(duì)磁體的作用力或力矩皆源于此。而現(xiàn)代理論則說(shuō)明，磁力是電場(chǎng)力的相對(duì)論效應(yīng)。

磁現(xiàn)象磁現(xiàn)象是最早被人類(lèi)認(rèn)識(shí)的物理現(xiàn)象之一，指南針是中國(guó)古代一大發(fā)明。磁場(chǎng)是廣泛存在的，地球，恒星(如太陽(yáng))，星系（如銀河系），行星、衛(wèi)星，以及星際空間和星系際空間，都存在著磁場(chǎng)。為了認(rèn)識(shí)和解釋其中的許多物理現(xiàn)象和過(guò)程，必須考慮磁場(chǎng)這一重要因素。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和人類(lèi)生活中，處處可遇到磁場(chǎng)，發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器、電報(bào)、電話、收音機(jī)以至加速器、熱核聚變裝置、電磁測(cè)量?jī)x表等無(wú)不與磁現(xiàn)象有關(guān)。甚至在人體內(nèi)，伴隨著生命活動(dòng)，一些組織和器官內(nèi)也會(huì)產(chǎn)生微弱的磁場(chǎng)。.

中國(guó)是磁的故鄉(xiāng)

中華民族很早就認(rèn)識(shí)到了磁現(xiàn)象，磁學(xué)是一個(gè)歷史悠久的研究領(lǐng)域。指南針是中國(guó)古代四大發(fā)明之一，古代中國(guó)在磁的發(fā)現(xiàn)、發(fā)明和應(yīng)用上還有許多都居于世界首位，可以說(shuō)中國(guó)是磁的故鄉(xiāng)。磁石的發(fā)現(xiàn)、磁石吸鐵的發(fā)現(xiàn)、磁石指南和最早磁指南器(司南)的發(fā)明、指南針的發(fā)明和應(yīng)用、地球磁偏角的發(fā)現(xiàn)、地球磁傾角的利用、磁在醫(yī)藥上的應(yīng)用，北極光地球磁現(xiàn)象和太陽(yáng)黑子太陽(yáng)磁現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和最早最多的記載等，都是中國(guó)最早發(fā)現(xiàn)、發(fā)明、應(yīng)用和記載的，或者居于世界的前列。

太陽(yáng)向外發(fā)射的高速帶電粒子，即太陽(yáng)風(fēng)，同地球大氣原子沖撞后可產(chǎn)生極光。不過(guò)，這種極光極其微弱，一般不能為肉眼所見(jiàn)。人們?cè)诒睒O地區(qū)夜空中看到五彩斑斕、變幻莫測(cè)的極光屬動(dòng)態(tài)極光。美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的科研人員發(fā)現(xiàn)，發(fā)生在地球和月球間距地球大約三分之一處的磁重聯(lián)是動(dòng)態(tài)北極光的成因。在距地面約13萬(wàn)公里處，地磁場(chǎng)磁力線如同被過(guò)度拉扯的橡皮筋一樣，突然斷裂，“彈”回地面方向，并重新連接。這一過(guò)程中，磁能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能和熱能，使北極光動(dòng)了起來(lái)。參考書(shū)目工程電磁場(chǎng)導(dǎo)論

馮慈璋、馬西奎高等教育出版社

(2000-06出版)電磁場(chǎng)與電磁波BhagSinghGuru,HuseyinR.Hiziroglu

周克定張肅文翻譯電子工業(yè)出版社（2009-11出版）《工程電磁場(chǎng)原理》倪光正高等教育出版社電磁場(chǎng)導(dǎo)論學(xué)習(xí)內(nèi)容場(chǎng)論復(fù)習(xí)0.1標(biāo)量場(chǎng)和矢量場(chǎng)場(chǎng)是一個(gè)標(biāo)量或一個(gè)矢量的位置函數(shù),即場(chǎng)中任一個(gè)點(diǎn)都有一個(gè)確定的標(biāo)量值或矢量.例如,在直角坐標(biāo)下,標(biāo)量場(chǎng)如溫度場(chǎng),電位場(chǎng),高度場(chǎng)等;矢量場(chǎng)如流速場(chǎng),電場(chǎng),渦流場(chǎng)等.形象描繪場(chǎng)分布的工具--場(chǎng)線矢量場(chǎng)--矢量線標(biāo)量場(chǎng)--等值線(面).其方程為其方程為三維場(chǎng)在直角坐標(biāo)下:二維場(chǎng)圖0.1.2矢量線圖0.1.1等值線在某一高度上沿什么方向高度變化最快？0.2標(biāo)量場(chǎng)的梯度一.梯度設(shè)當(dāng),即與方向一致時(shí),為最大.設(shè)一個(gè)標(biāo)量函數(shù)(x,y,z),若函數(shù)在點(diǎn)P可微,則

在點(diǎn)P沿任意方向

的方向?qū)?shù)為:梯度(gradient)哈密頓算子式中則有:式中，，，分別是與x,y,z軸的夾角例1

三維高度場(chǎng)的梯度例2

電位場(chǎng)的梯度高度場(chǎng)的梯度與過(guò)該點(diǎn)的等高線垂直；數(shù)值等于該點(diǎn)位移的最大變化率；指向地勢(shì)升高的方向。電位場(chǎng)的梯度與過(guò)該點(diǎn)的等位線垂直；指向電位增加的方向。數(shù)值等于該點(diǎn)的最大方向?qū)?shù)；二.梯度的物理意義標(biāo)量場(chǎng)的梯度是一個(gè)矢量,是空間坐標(biāo)點(diǎn)的函數(shù);

梯度的方向?yàn)樵擖c(diǎn)最大方向?qū)?shù)的方向,即與等值線（面）相垂直的方向，它指向函數(shù)的增加方向.梯度的大小為該點(diǎn)標(biāo)量函數(shù)的最大變化率，即該點(diǎn)最大方向?qū)?shù);圖0.2.1三維高度場(chǎng)的梯度圖0.2.2電位場(chǎng)的梯度0.3矢量場(chǎng)的通量與散度一、通量矢量E

沿有向曲面S的面積分>0(有正源)<0(有負(fù)源)=0(無(wú)源)圖0.3.1矢量場(chǎng)的通量圖0.3.2矢量場(chǎng)的通量若S為閉合曲面，可以根據(jù)凈通量的大小判斷閉合面中源的性質(zhì):二、散度如果包圍點(diǎn)P的閉合面S所圍區(qū)域V以任意方式縮小為點(diǎn)P時(shí),通量與體積之比的極限存在，即散度(divergence)計(jì)算公式三、散度的物理意義散度代表矢量場(chǎng)的通量源的分布特性?A=0(無(wú)源）?A=0(負(fù)源)?A=0(正源)在矢量場(chǎng)中，若?A=0，稱(chēng)之為有源場(chǎng)，稱(chēng)為(通量)源密度；若矢量場(chǎng)中處處?A=0，稱(chēng)之為無(wú)源場(chǎng)。矢量的散度是一個(gè)標(biāo)量，是空間坐標(biāo)點(diǎn)的函數(shù)；四、高斯公式(散度定理)高斯公式該公式表明了區(qū)域V中場(chǎng)A與邊界S上的場(chǎng)A之間的關(guān)系。矢量函數(shù)的面積分與體積分的互換。圖0.3.3散度定理由于是通量源密度，即穿過(guò)包圍單位體積的閉合面的通量，對(duì)體積分后，為穿出閉合面S的通量0.4矢量場(chǎng)的環(huán)量與旋度一、環(huán)量該環(huán)量表示繞線旋轉(zhuǎn)趨勢(shì)的大小。水流沿平行于水管軸線方向流動(dòng)=0，無(wú)渦旋運(yùn)動(dòng)流體做渦旋運(yùn)動(dòng)0，有產(chǎn)生渦旋的源矢量A沿空間有向閉合曲線L的線積分環(huán)量例：流速場(chǎng)圖0.4.2流速場(chǎng)圖0.4.1環(huán)量的計(jì)算二、旋度1.環(huán)量密度過(guò)點(diǎn)P作一微小曲面S,它的邊界曲線記為L(zhǎng),面的法線方與曲線繞向成右手螺旋法則。當(dāng)S點(diǎn)P時(shí),存在極限環(huán)量密度取不同的路徑，其環(huán)量密度不同。2.旋度旋度是一個(gè)矢量，模值等于環(huán)量密度的最大值；方向?yàn)樽畲蟓h(huán)量密度的方向。旋度(curl)它與環(huán)量密度的關(guān)系為在直角坐標(biāo)系下三、旋度的物理意義矢量的旋度仍為矢量，是空間坐標(biāo)點(diǎn)的函數(shù)。點(diǎn)P的旋度的大小是該點(diǎn)環(huán)量密度的最大值。在矢量場(chǎng)中，若A=J0,稱(chēng)之為旋度場(chǎng)(或渦旋場(chǎng))，J

稱(chēng)為旋度源(或渦旋源)；點(diǎn)P的旋度的方向是該點(diǎn)最大環(huán)量密度的方向。四、斯托克斯(Stockes)定理

A

是環(huán)量密度，即圍繞單位面積環(huán)路上的環(huán)量。因此，其面積分后，環(huán)量為Stocke’s定理在電磁場(chǎng)理論中，Gauss公式和Stockes公式是兩個(gè)非常重要的公式。矢量函數(shù)的線積分與面積分的互換。該公式表明了區(qū)域S中場(chǎng)A與邊界L上的場(chǎng)A之間的關(guān)系若矢量場(chǎng)處處A=0，稱(chēng)之為無(wú)旋場(chǎng)。圖0.4.3斯托克斯定理0.5亥姆霍茨定理亥姆霍茨定理在有限區(qū)域內(nèi)，矢量場(chǎng)由它的散度、旋度及邊界條件唯一地確定。已知矢量A的通量源密度矢量A的旋度源密度場(chǎng)域邊界條件在電磁場(chǎng)中電荷密度電流密度J場(chǎng)域邊界條件（矢量A唯一地確定）例：判斷矢量場(chǎng)的性質(zhì)=0=0=000=00.6三種特殊形式的場(chǎng)

1.平行平面場(chǎng)：如果在經(jīng)過(guò)某一軸線(設(shè)為

Z軸)的一族平行平面上，場(chǎng)

F的分布都相同，即F=f(x,y)，則稱(chēng)這個(gè)場(chǎng)為平行平面場(chǎng)。

2.軸對(duì)稱(chēng)場(chǎng)：如果在經(jīng)過(guò)某一軸線(設(shè)為

Z軸)的一族子午面上，場(chǎng)

F的分布都相同，即F=f(r,)，則稱(chēng)這個(gè)場(chǎng)為軸對(duì)稱(chēng)場(chǎng)。

3.球面對(duì)稱(chēng)場(chǎng)：如果在一族同心球面上(設(shè)球心在原點(diǎn))，場(chǎng)

F的分布都