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课程编号：08265017
课程名称：工程电磁场
英文名称：Engineering Electromagntic Fields
开课学期：4
学时/学分：48/3
课程类型：学科基础课
开课专业：电气工程及其自动化、测控技术与仪器专业本科生
选用教材：杨尔滨杨欢红刘蓉晖等编著，《工程电磁场基础与应用》，北京：中国电力出版社，2005年8月第1版
主要参考书：
1、倪光正.《工程电磁场原理》,北京:高等教育出版社, 2002。
2、冯恩信编著.《电磁场与波》,西安:西安交通大学出版社，1999第1版。
3、谢处方,饶克谨.《电磁场与电磁波》,北京：高等教育出版社，1999第3版。
4、王蔷编.《电磁场理论基础》,北京：清华大学出版社，2001。
执笔人：王应吉嵇艳鞠
一、 课程性质、目的和任务
电类各专业的研究对象都是电磁现象在特定范围、条件下的体现和应用，因此，电磁场理论是电气工程类专业技术的理论基础，是电气工程及其自动化专业的一门重要的专业基础课，它是为培养电气工程及其自动化专业高等工程技术人才的需要而设置的。
《工程电磁场》课程是电气工程及其自动化专业本科生必修课、测控技术与仪器专业本科生专业选修课。
通过本课程的学习，使学生掌握电磁场在工程应用方面的基本知识，掌握静态场和时变电磁场的基本性质、典型分析方法，正确理解电磁场的基本概念，宏观掌握电磁场的基本规律，重点培养学生从场的观点和方法对电工技术领域中的电磁现象、电磁过程进行定性分析和判断的能力，以及进行定量分析的基本技能，提高学生解决工程问题的能力，为进一步研究电磁场问题和学习后续课程打下扎实的基础。
二、 教学基本要求
1、 重点掌握静态场的基本方程和边界条件、点源和分布源的概念，以及采用分离变量法和镜像法求解典型静态场问题；掌握电路参数的计算原则，电阻、电容、电感的概念及其求解方法，并能计算简单电磁系统的参数；
2、 理解媒质的极化和磁化现象的物理本质，并了解标量磁位、矢量磁位的基本概念双输电线的磁场，熟悉电感，磁场能良的基本概念和计算；
3、 深刻理解和掌握麦克斯韦方程组和时变电磁场的边界条件、以及坡印亭矢量和坡印亭定理的物理意义，了解电磁能量密度的概念，掌握时变电磁场的标量电位和矢量磁位的概念、时变电磁场的惟一性定理；
4、 掌握电磁波的波动方程、平面电磁波在理想介质和导电媒质中的传播特性，以及理想介质与理想导体界面的反射现象，不同媒质界面的反射透射现象，能对工程中一些基本交变电磁现象进行解释；
5、 了解均匀传输线在正弦电压作用下的稳态分析法；
6、 熟练掌握MATLAB仿真语言以及对电磁场中基本问题进行计算仿真的方法、步骤，观测电磁场分布规律，加深对电磁场理论的原理和概念的理解。
三、 教学内容及要求
第一章 静电场（8学时）
第一节 真空中的静电场
第二节 电介质中的静电场
第三节 静电场的基本方法、分界面上的边界条件
第四节 镜像法
第五节 分离变量法
第六节 电容和部分电容
第七节 静电场能量和力
第二章 恒定电场（4学时）
第一节 导电媒质中的电流和电流密度
第二节 恒定电场的基本方程、分界面上的边界条件
第三节 恒定电场与静电场的比拟
第四节 电导与接地电阻的计算
第三章 恒定磁场（8学时）
第一节 真空中的恒定磁场
第二节 磁媒质中的恒定磁场
第三节 恒定磁场的基本方程、分界面上的边界条件
第四节 标量磁位、矢量磁位
第五节 镜像法
第六节 电感
第七节 磁场能量和力
第四章 时变电磁场（8学时）
第一节 法拉第电磁感应定律
第二节 麦克斯韦方程
第三节 时变电磁场的边界条件
第四节 复数形式的麦克斯韦方程
第五节 坡印亭定理及坡印亭矢量
第六节 波动方程
第七节 电磁场与电路的关系
第五章 平面电磁波（6学时）
第一节 理想介质中的均匀平面波
第二节 导电媒质中的平面波
第三节 电磁波的极化
第四节 平面电磁波的垂直投射
第六章 均匀传输线（4学时）
第一节 电路参数的分布性与分布参数电路
第二节 均匀传输线及其方程
第三节 均匀传输线方程的正弦稳态解
第四节 均匀传输线方程的原参数和副参数
第七章 应用MATLAB对电磁场的仿真（4学时）
第一节 MATLAB简介
第二节 应用MATLAB的m语言对电磁场的仿真
第三节 应用MATLAB偏微分方程工具对电磁场的仿真
四、实验（6学时）
1．实验目的与任务
1、采用MATLAB强大的仿真功能，使学生掌握电磁场仿真的方法、步骤，直观的观测电磁场分布规律，加深对电磁场理论的原理和概念的理解；
2、要求学生掌握采用m语言编程和偏微分方程PDE工具箱两种方法对电磁场的一些问题进行计算仿真和绘出相应的二维、三维分布图形。
2．实验教学基本要求
1、掌握MATLAB编程语言和偏微分方程PDE工具箱对电磁场的基本问题进行仿真；
2、采用m编程语言对点源和线源的电场分布规律、导电球体外放置的点电荷的电场分布以及环型载流回路周围空间磁场分布进行仿真；
3、采用PDE工具箱对静电场中的均匀介质球内外的电场和电势分布规律以及有限长空心圆柱导电体内外磁场分布进行仿真。
3．实验教材或指导书
自编
4．实验项目一览表
序号
| 实验项目
| 内容提要
| 实验
类型
| 学时
分配
| 主要仪器
设 备
| 实验
地点
| 备注
|
1
| MATLAB环境的熟悉使用及编程基础
| 1、m文件编写；
2、MATLAB中场量计算函数；
3、二维、三维图形的绘制；
4、PDE工具箱；
| 验证性实验
| 2学时
| 计算机、MATLAB软件
| 系统仿真实验室
| 必修
|
2
| 采用m语言对电磁场问题进行仿真
| 1、点源和线源的电场分布规律；
2、导电球体外放置的点电荷的电场分布；
3、环型载流回路周围空间磁场分布。
| 设计性实验
| 2学时
| 计算机、MATLAB软件
| 系统仿真实验室
| 必修
|
3
| 采用PDE工具箱对电磁场问题进行仿真
| 1、静电场中的均匀介质球内外的电场和电势分布规律；
2、有限长空心圆柱导电体内外磁场分布。
| 设计性实验
| 2学时
| 计算机、MATLAB软件
| 系统仿真实验室
| 必修
|
五、考核方式：考试（平时作业、实验、闭卷）
六、其它信息：无
