电磁场大作业2Word格式文档下载.docx
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问题十分复杂，路只能一步一步地走。
英国著名电磁学家、麦克斯韦理论的追随者洛吉（O．Lodge，1853～1936）曾试图用一种直接的办法一下子就证明电磁波是光波，可是失败了。
他在1882年企图通过级联变压器把电磁能变成光。
这种级联变压器的每一级都能从前面一级拾取高频成分，越到后面输出的电磁波的频率就越高。
洛吉希望在最后一级输出端之间看见光的产生，然而没有看见，因为最后一级输出的电磁波的最高频率才1亿周，离释放可见光的最低频率还很远。
历史；
从赫兹实验证明电磁波的存在到现在，历史也已走完了一百个春秋。
现在我们已进入超大规模集成电路的时代，人类正按照莫尔定律（Moore’sLaw）——集成电路上的元件数平均每两年翻番的规律——发展着自己的电子工业。
历史虽则不堪回首，但却应当回顾。
因为我们还能从法拉第、麦克斯韦和赫兹等人身上学习到那种非同凡响的思想，那种无与伦比的原创力。
我们应当从科学发展史和科学思想史的角度，找出他们的思想、方法和风格在潜科学和未来学中的地位，为人类今天的精神文明和物质文明的创造性活动奉献一件久经锤炼并将永葆锋芒的锐利武器。
正是真情妙悟著文章，早年研究纯数学同时又是极优秀的数学家的麦克斯韦本着用为法拉第观点提供数学方法的思想，认真分析了法拉第的场和力线。
最终用数学的形式将电与磁结合起来。
于是诞生了我们熟知的麦克斯韦方程组。
为了让更多的人了解电磁场理论，麦克斯韦于1873年正式出版了集电磁学理论之大成的巨著一一《电磁学通论》。
2、“场”的概念是哪位科学家首先提出？
（1850，M.Faraday）,搜索资料详细叙述。
“场”的概念最先是由法拉第在1837年提出的，他指出：
电荷与电荷、磁极与磁极之间的相互作用不是超距的，而是通过带电体或者磁性物质周围的场而发生的。
场是指物体在空间中的分布情况。
场是用空间位置函数来表征的。
在物理学中，经常要研究某种物理量在空间的分布和变化规律。
场是一种特殊物质，看不见摸不着，但是它确实存在。
比如引力场，磁场等等。
爱因斯坦在狭义相对论中否定以太的存在，但是广义相对论的建立体现了爱因斯坦思想的明显改变。
他指出：
广义相对论是一种场论，如果用常数代替那些描述广义相对论以太的函数，同时不考虑任何决定以太的原因，那么广义相对论以太就可以在想象中变为洛仑兹以太。
场是物质存在的一种基本形式。
这种形式的主要特征在于场是弥散于全空间的。
在物理里，场是一个以时空为变量的物理量。
场可以分为标量场、矢量场和张量场三种，依据场在时空中每一点的值是标量、矢量还是张量而定。
例如，经典重力场是一个矢量场：
标示重力场在时空中每一个的值需要三个量，此即为重力场在每一点的重力场矢量分量。
更进一步地，在每一范畴（标量、矢量、张量）之中，场还可以分为“经典场”和“量子场”两种，依据场的值是数字或量子算符而定。
场被认为是延伸至整个空间的，但实际上，每一个已知的场在够远的距离下，都会缩减至无法量测的程度。
例如，在牛顿万有引力定律里，重力场的强度是和距离平方成反比的，因此地球的重力场会随着距离很快地变得不可测得（在宇宙的尺度之下）。
物质可以改变磁力线的分布；
力线的存在与物体无关；
具有传递力的能力；
在时间中传播．由此可以看出，他的力线思想正在逐渐上升为场的思想．法拉第把人们的注意力由电荷、磁体以及它们之间的相互作用引向空间，描写物理现象最重要的不是带电体，也不是粒子，而是带电体之间与粒子之间的空间中的场．他为我们描绘了这样一幅电磁作用图景：
在带电体、磁体、电流周围的空间中，充满着一种介质，可以传递电、磁作用，这就是电场、磁场，而电磁场最直观的描述就是力线．麦克斯韦提出磁波”新概念．这是他为建立电磁场理论而迈出的关键性的一步，从而实现了重大突破．1865年发表的《电磁场的动力学理论》，则在实验事实及动力学基础上构筑了一座全新的电磁学理论大厦．他说：
“我所提出的理论可以称为电磁场理论，因为它涉及电体或磁体邻近的空间”，而电磁场则是指“包括和环绕那处于电或磁情况的物体的那一部分空间”．在这篇论文中，他列出了含有20个变量的20个方程，包含了全部已知的电磁学内容．从法拉第到麦克斯韦，场的概念经过一番奋斗终于在物理学中取得了它的地位．麦克斯韦在自己的理论中提出能量定域在电磁场中，从而赋予场以最为重要的实在性——能量．．“在一个现代的物理学家看来，电磁场正和他所坐的椅子一样地实在．”麦克斯韦电磁场理论从超距作用过渡到以场为基本变量，是科学认识的一个革命性变革，因为电磁场可以独立于物质源而以波动形式存在，静电的相互作用就不可再解释为超距作用了．引力也是如此．因此牛顿的超距作用就退让给了以有限速度传播着的场了．电磁场波动方程证明电磁波是一种横波，它的传播速度是仅仅根据电磁学测量就能确定下来的恒量，这个数值又与真空中的光速十分接近．麦克斯韦大胆断言：
“光本身是一种电磁干扰，它是波的形式，并按照电磁定律通过电磁场传播．”这样电磁场理论就把电、磁、光学规律统一起来，完成了人类认识史上又一次“大综合”．电磁场理论又为狭义相对论提供了雏型．可以毫不夸张地说，它是物理学发展史上的一座里程碑．但它的思想太不平常了，只能逐渐地被物理学家们接受，一直到赫兹成功地实现电磁波——脱离了源而独立存在的电磁场以后，对电磁场理论的抵抗才被完全摧垮．难怪爱因斯坦赞扬说：
“法拉第和麦克斯韦的电磁场理论……是牛顿时代以来物理学的基础所经历的最深刻的变化。
3、电磁场理论可用于产品的概念设计。
比如，超导磁共振成像的均匀强磁场获得。
搜索资料，阐述某一产品设计概念设计中，用到的电磁场理论基础知识。
产品概念：
EMC混响室电磁场模态研究
混响室谐振腔激励的三维电磁场的推导一般采用并矢格林函数的方法,物理意义不太明显。
用本征函数迭加的方法推导混响室有源激励的电磁场分布公式,有利于正确建立混响室电磁结构模型,树立正确的物理概念。
并根据公式及其推导过程,分析了混响室EMC电磁工作机理,以此将EMC混响室电磁工作状态按模式状况进行了系统地分类,为混响室研究设计提供理论指导。
基于Maxwell方程的宏观电磁场理论发展到今天已经比较完善了,波导和谐振腔的理论和技术也得到了广泛的应用,在微波技术、光电子技术等领域中,谐振腔理论和技术研究得相当成熟,这方面的文献和书籍非常丰富。
混响室处于谐振状态。
当工作频率高于混响室基频的时候，此时混响室在这一频段内相邻两个本征频率间隔甚小于质量因子带宽。
其宽度由公式决定，这时相邻的几个模相互重叠，因此可能有多个本征模的系数变得无限大。
此时混响室中存在的模式就是工作频率附近质量因子带宽所能覆盖的混响室本征频率点的那些本征模式，此时混响室工作在过模状态。
4、编制程序绘制电偶极子的电场与电位3D和2D空间分布图。
clear
q=1e-6;
d=2;
a=0;
k=9e9;
x=-4:
0.1:
4;
y=-4:
[x,y]=meshgrid（x,y）;
z=k*q.*（1./sqrt（（x-d）.^2+（y-a）.^2+0.01）-1./sqrt（（x+d）.^2+（y-a）.^2+0.01））;
mesh（x,y,z）;
holdon
xlabel（'
x'
）;
ylabel（'
y'
zlabel（'
z'
holdoff
clear;
clf;
k=9e9;
q=1e-6;
a=2.0;
b=0;
x=-10:
0.6:
10;
y=x;
[X,Y]=meshgrid（x,y）;
rp=sqrt（（X-a）.^2+（Y-b）.^2）;
rm=sqrt（（X+a）.^2+（Y+b）.^2）;
V=q*k*（1./rp-1./rm）;
[Ex,Ey]=gradient（-V）;
cv=linspace（min（min（V））,max（max（V））,49）;
contour（X,Y,V,cv,'
k-'
）
%axis（'
square'
title（'
td'
streamslice（X,Y,Ex,Ey）
plot（a,b,'
wo'
a,b,'
w+'
plot（-a,-b,'
-a,-b,'
w-'
holdoff
5、证明金属导体内的电荷总是迅速扩散到表面，弛豫时间？
证明：
将J=
代入电流连续性方程,考虑到介质均匀，得
由于
其中
是t=0时的电荷密度，式中
具有时间的量纲，称为导电介质的弛豫时间或时常数，它是电荷密度减少到其初值的1/e所需的时间，由上式可见电荷按指数规律减少，最终流至并分布在导体的外表面。
10、设计计算机程序绘制无耗、无界、无源简单煤质中的均匀平面电磁波传播的三维分布图（动态、静态均可）
均匀平面波（静态）模拟程序如下:
t=0:
pi/50:
4*pi;
x=0*t;
figure
（1）
plot3（t,x,sin（t）,'
t,sin（t）,x,'
r-'
）
grid
on,axis
square
axis（[0
4*pi
-1
1
1]）
运行结果如下:
11、：
设计计算机程序绘制良导体中均匀平面电磁波传播的三维分布图（动态、静态均可），以及场强随集肤深度的变化规律。
代码：
z=0:
pi/30:
6*pi;
x=zeros（1,181）;
y=zeros（1,181）;
alpha=0.03;
E0=0.5;
H0=0.3;
Ex=E0*exp（-alpha*z）.*sin（z）;
Hy=H0*exp（-alpha*z）.*sin（z）;
figure
（1）;
plot3（Ex,z,y,'
r'
'
LineWidth'
2）;
holdon;
x1=0.5*ones（1,21）;
y1=zeros（1,21）;
z1=0:
20;
plot3（x1,z1,y1,'
b--'
plot3（x,z,Hy,'
b'
x2=zeros（1,21）;
y2=0.3*ones（1,21）;
plot3（x2,z1,y2,'
gridon;
set（gca,'
ydir'
reverse'
xaxislocation'
top'
Ex（V/m）'
Hy（A/m）'
z（m）'
legend（'
Ex'
'
Hy'
figure
（2）;
delta=0:
0.001:
1;
E=0.5*exp（-1./delta）;
plot（delta,E）;
δ（m）'
E（V/m）'
场强随集肤深度变化关系曲线'
十二、
编制计算机程序，动态演示电磁波的极化形式。
对于均匀平面电磁波，当两个正交线极化波的振幅与初相角满足不同条件时，合成电磁波的电场强度矢量的模随时间变化的矢端轨迹。
解：
源程序
w=1.5*pi*10e+8;
0.05:
k=120*pi;
for
t=linspace（0,1*pi*10e-8,200）
e1=sqrt
（2）*cos（w*t-pi/2*z）;
e2=sqrt
（2）*sin（w*t-pi/2*z）;
h1=sqrt
（2）/k*cos（w*t-pi/2*z）;
h2=-sqrt
（2）/k*sin（w*t-pi/2*z）;
subplot（2,1,1）
plot3（e1,e2,z）;
电场强度矢量'
on
subplot（2,1,2）
plot3（h2,h1,z）;
pause（0.1）;
end
运行结果：
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