漫游电世界

漫游电世界主讲人：金涛、黄宴委、高伟福州大学电气学院2010年3月教学目的本课程的设置是为了引导文、理、工科学生了解与“电”有关的最基本的知识领域，培养学生的创造性思维和科学精神，促进不同学科的交叉渗透和理工融合。•举例：什么叫信息？•消息电压、电流•现代社会与电的关联性？教学内容主要内容包括以下章节：电现象的本质、发电、输电与配电、自动化技术、测试技术与传感器、通信及信息技术主要电气设备、高电压与绝缘、防雷与接地、与电有关的其它主要技术、节能技术与安全用电等。。电从哪里来电源—将某种形式的能转化为电能的装置了解生活中常用的干电池发电站（厂）多种形式的发电方式科学探究—电磁感应现象交流发电机原理电磁感应现象在生活中电与社会使用电池的环保意识考核方式平时成绩(20%)＋考试成绩(80%)主要参考书《走进电世界》孙元章、中国电力出版社、2009年8月二、电磁学理论的建立和通信技术•2.1人类对电磁现象的早期研究•2.1.1人类对电磁现象的早期观察•雷公雷母、Zeus、雷神之捶•司南•2.1.2人类对电磁现象的早期实验研究•富兰克林、李赫曼•库伦、伏特认识和了解磁场了解磁体探究并认识磁场知道电流磁场科学探究；磁场对电流的作用磁体磁极磁化磁场方向磁感应线地磁场电流磁效应直线电流的磁场通电螺线管磁场作用力方向直流电动机原理•2.2电流磁效应的研究•2.2.1奥斯特发现电流的磁效应大拇指指向：通电螺线管磁场北极方向NNNS•2.2.2安培奠定电动力学的基础•2.2.3欧姆定律的发现•2.2.4高斯对地磁的研究•2.3电磁感应的发现•2.3.1法拉第发现电磁感应•2.3.2亨利、楞次对电磁感应的研究•2.4电磁场理论的建立•2.4.1麦克斯韦建立电磁场理论•2.4.2赫兹发现电磁波场的概念的提出和建立——————19世纪上半叶，电磁学得到迅速发展，并逐渐形成两大派系。关于电与磁的相互作用：安培法拉第韦伯诺埃曼超距作用观点力线思想法拉第被誉为——“正确理解电磁现象的带路人”1、电和磁的作用是通过中间介质传送的。2、为解释电磁感应现象中的“电紧张态”概念，提出：正向或反向的感生电流会在螺线管或导体移近或离开磁铁的所有那些情况中持续产生，因为在那些时间内，电紧张态升到较高或降到较低的程度。3、可以只用一根磁棒和少量铁屑就可以在纸板上把磁力线（磁感线）清晰显现出来。4、电场中的介质被极化，极化粒子一个接一个的排列成感应力线，电的作用就是通过感应力线传递的。5、电荷的作用力除与电量及距离有关外，由于极化的影响，还与中间的介质有关。法拉第麦克斯韦1855～1856《论法拉第力线》这是麦克斯韦用数学工具表达法拉第学说的开端1861～1862《论物理力线》在这一文中的思想已经超过法拉第，不仅对各种电磁现象的联系，提供了统一的解释，而且挖掘出更深入的内在本质，这是麦克斯韦为电磁场理论建立迈出的关键性一步。1865《电磁场的动力学理论》在实验事实及动力学的基础上构筑了一座全新的电磁学理论大厦。1865～1873《电磁理论》被认为可以和牛顿的《自然哲学的数学原理》交相辉映．麦克斯韦的电磁理论成为经典物理学的重要支柱之一．详介在这之后————1899年——俄国物理学家列别捷夫证明了电磁场理论所预言的光压的作用麦克斯韦的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，根据研究，麦克斯韦大胆断言：光本身就是电磁波，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的一次“大综合”。电磁场理论又为狭义相对论提供了雏形，可以毫不夸张的说，电磁场理论是物理学发展史上的一个里程碑，但是它的思想太不平常了，只能逐渐被物理学家接收，一直到赫兹成功的实现电磁波——脱离了源而独立存在的电磁场后，对电磁场的理论的反抗才被完全催垮。•2.5通信技术的进步•2.5.1有线电报的发明•2.5.2有线电话的发明•2.5.3无线通信的发明无线电的发展简史——————准备条件1865年麦克斯韦预言电磁波能以波的形式向外传播，其速度与光速相同。理论1887年德国物理学家赫兹以电火花放电实验证明了麦克斯韦的预言。实验爱迪生效应——热电子发射效应为电子管的发明准备了条件。美国的莫尔斯在1837、1838年发明了电磁式电报机和点划组合的莫尔斯电码，1844年建成了从华盛顿到巴尔的摩的电报线路。贝尔1876年实验电话通话成功，1878年发展为波士顿与纽约间的长途通话。马可尼布劳恩意大利人马可尼在1895年发明了天地线装置，改进了发射机和接收机，1896年，电波已经能够飞跃英吉利海峡，1901年又首次实现了电波横渡大西洋的实验，由此诞生了无线电报。1899年，德国人布劳恩研制出一套可以调谐的接收系统，既能排除干扰，又大大提高了灵敏度，从根本上改进了马可尼的无线电系统。马可尼和布劳恩共同获得1909年诺贝尔物理学奖。与此同时，俄国物理学家波波夫也对无线电通讯作出重要的贡献，1895年他发表了论文，并公开演示了他制作的“雷电指示器”，实际上是一台无线电接收机。1896年又成功的表演了无线电电报，传播距离250米，传送的第一个电文就是“赫兹”，他长期致力于航海的无线电通讯，并在救援阿非利加号军舰触礁中发挥了实际效用，到1900年通信距离达到了45千米。波波夫实验用的接收机美国早在第一次世界大战就开始研究军用短波通讯技术，到1918年研制成功波长为70米到150米的发射接收装置。1921年，美国的赫耳制成大功率微波器件磁控管，可以产生几米波长的超短波。1923年拉文德发明了比三极管更适用于高频的五极管。1933年阿姆斯特朗发明了调频技术，1939年发明了适用于超短波放大和振荡的速调管。到30年代以后无线电通讯已进入10米以内波长的超短波波段美国从1929年开始采用超短波通讯实现了无线电波的听觉信号，人们又试图传播视觉信号，随着电磁波的波长越来越短，应用也越来说广泛：电视技术、雷达技术的发展，移动电话等电信业务的发展都离不开电磁学的发展。