4. Назначение курса. Рассматриваемые сущности

Прежде всего, необходимо уяснить место, занимаемое электродинамикой среди общетеоретических и специальных дисциплин.

Электродинамику можно рассматривать, с одной стороны, как часть курса физики и теоретических основ электротехники (теории цепей), и как развитие курсов теории цепей и сигналов. Таким образом, базовый курс электродинамики является переходным между указанными теоретическими курсами и такими специальными предметами, как «Антенны и устройства СВЧ», «Электронные и квантовые приборы», «Радиотехнические системы», «САПР СВЧ» и др.

Трудно представить себе область радиотехники, не связанную с электродинамикой. Генерирование электромагнитных колебаний, передача их по линиям передачи, излучение в пространство, улавливание приемными антеннами – все это круг задач, требующих изучения электродинамики.

Областью изучения электродинамики являются процессы возбуждения и распространения электромагнитного поля (радиоволн) в различных средах.

Предметом изучения электродинамики является электромагнитное поле.

5. История

Основы были заложены Ампером, Кулоном и другими учеными, работавшими с электрическим током и зарядами. Однако до Фарадея предполагалось, что электрические силы мгновенно передаются через пустоту, а само их существование является прирожденным свойством заряженных тел. При этом все внимание было сосредоточено на зарядах и токах, поле же вводилось лишь как удобное математическое понятие. Фарадей же искал причину взаимодействия не в зарядах и токах, а в окружающем их пространстве. Он первым в 1830-х годах предложил понятие поля, в 1845 впервые употребил термин «магнитное поле», а в 1852 сформулировал концепцию поля.

Кроме электромагнетизма, Фарадей, как и многие ученые того времени, работал в самых разных других областях. Его открытиями являются также нержавеющая сталь и законы электролиза. Очень интересно прочитать его публичные лекции, которые называются «История свечи».

Исходя из трудов Фарадея и тщательно ознакомившись с ними, Максвелл смог превратить множество экспериментальных данных и догадок в стройную математическую теорию – уравнения Максвелла, описывающие в компактной форме все многообразие электромагнитных явлений. Эти уравнения мы подробно рассмотрим далее.

Генрих Герц дал подтверждение теории Максвелла о существовании электромагнитных волн. В экспериментах он осуществил возбуждение электромагнитных волн и их передачу на расстояние, провел опыты по их отражению и доказал полную аналогию э/м волн и света. Интересно, что первая в мире радиопередача, осуществленная А.С.Поповым в 1896 году содержала в себе два слова: «Генрих Герц», переданные в коде Морзе.

Александр Степанович Попов одним из первых осуществил передачу информации с помощью радиоволн. Он провел также большую работу по освоению практического использования радиоволн: различные конструкции радиопередатчиков и приемников, идея о применении радиоволн для радиолокации.

6. Рассматриваемые вопросы

Теперь, когда мы определились с тем, что же вообще изучает электродинамики, рассмотрим отдельные темы, которые будут преподаваться в курсе электродинамики. Как уже говорилось, охватить все разделы в коротком курсе невозможно, поэтому упор сделан на те части, которые непосредственно связаны с техникой и важны для изучения других курсов по вашей специальности.

Изучение начинается с общих законов электромагнитного поля. Раздел очень важен, так как без него все дальнейшее изложение будет непонятно. Здесь будет много математики, но опасаться этого не нужно, так как весь необходимый математический аппарат будет кратко рассмотрен в этом же курсе. Этот раздел займет 4−5 лекций.

Далее мы рассмотрим поведение электромагнитного поля в различных средах – проводниках, диэлектриках, а также, как ведет себя поле на границе раздела различных сред. Это важно для понимания дальнейших технических приложений.

Следующие разделы посвящены изучению направляющих структур. К ним относятся прямоугольный и другие типы волноводов. Этот раздел необходим для дальнейшего изучения курса устройств СВЧ. Сюда же относится и теория объемных резонаторов, используемая в курсе электронных и квантовых приборов. Эти предметы вы будете изучать на четвертом курсе.

Разделы элементарных электрического и магнитного вибраторов, теории дифракции нужны для курса антенн.

Кратко будут рассмотрены неоднородные среды.

На этом мы заканчиваем введение в курс электродинамики и переходим собственно к рассмотрению теории.