《電磁學(xué)電磁場(chǎng)》課件

電磁學(xué)電磁場(chǎng)歡迎來(lái)到電磁學(xué)電磁場(chǎng)課程的學(xué)習(xí)之旅！課程導(dǎo)言課程目標(biāo)掌握電磁學(xué)基本理論理解電磁場(chǎng)基本概念運(yùn)用電磁學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題課程內(nèi)容靜電場(chǎng)穩(wěn)恒電流時(shí)變電磁場(chǎng)電磁波學(xué)習(xí)方法課堂講授課后習(xí)題實(shí)驗(yàn)操作靜電場(chǎng)簡(jiǎn)介靜止電荷靜電場(chǎng)是由靜止的電荷產(chǎn)生的。電場(chǎng)線電場(chǎng)線是描述電場(chǎng)方向和強(qiáng)度的曲線。靜電勢(shì)能靜止電荷在電場(chǎng)中具有的能量被稱為靜電勢(shì)能。靜電場(chǎng)中的電荷點(diǎn)電荷電荷的最小單位是元電荷，帶電體由大量元電荷組成。電荷守恒電荷既不能創(chuàng)造也不能消滅，只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。庫(kù)侖定律真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用力的大小與它們的電荷量成正比，與它們之間的距離平方成反比。靜電場(chǎng)強(qiáng)度1定義電場(chǎng)強(qiáng)度是用來(lái)描述電場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量。2公式電場(chǎng)強(qiáng)度的大小等于單位正電荷在該點(diǎn)所受的靜電力的大小。3單位電場(chǎng)強(qiáng)度的單位是牛頓每庫(kù)侖（N/C）。靜電通量和高斯定理1定義靜電場(chǎng)中，穿過(guò)某一曲面的電場(chǎng)線數(shù)目稱為該曲面的靜電通量。2公式Φ=∫E·dS3高斯定理穿過(guò)任意閉合曲面的靜電通量等于該閉合曲面所包圍的電荷量的代數(shù)和。靜電勢(shì)能和電勢(shì)靜電勢(shì)能電荷在靜電場(chǎng)中所具有的能量電勢(shì)單位正電荷在靜電場(chǎng)中所具有的勢(shì)能電勢(shì)梯度電勢(shì)在空間中的變化率，與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比電容和電容器1定義電容是指兩個(gè)導(dǎo)體之間儲(chǔ)存電荷的能力，單位是法拉（F）。2電容器電容器是專門設(shè)計(jì)的器件，用于儲(chǔ)存電荷，由兩塊金屬板平行放置構(gòu)成。3應(yīng)用電容器在電路中起著重要的作用，例如濾波、儲(chǔ)能、耦合等。電介質(zhì)和極化電介質(zhì)的定義電介質(zhì)是一種不導(dǎo)電的材料，在電場(chǎng)中會(huì)發(fā)生極化，從而影響電場(chǎng)的分布。極化的類型極化分為三種類型：電子極化、離子極化和取向極化，每種極化類型都有其獨(dú)特的特點(diǎn)和影響。電介質(zhì)的影響電介質(zhì)的極化會(huì)改變電場(chǎng)的強(qiáng)度和分布，從而影響電容、電勢(shì)等物理量的值。導(dǎo)體中的靜電場(chǎng)導(dǎo)體內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度為零，電荷分布在導(dǎo)體表面。導(dǎo)體表面電荷的分布與導(dǎo)體形狀有關(guān)，例如，球形導(dǎo)體上的電荷均勻分布，而平板導(dǎo)體上的電荷則集中在邊緣。導(dǎo)體表面電荷密度與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比，其方向垂直于導(dǎo)體表面。導(dǎo)體表面電場(chǎng)強(qiáng)度的方向與導(dǎo)體表面的法線方向一致，其大小與電荷密度成正比。導(dǎo)體靜電場(chǎng)的邊界條件導(dǎo)體表面電場(chǎng)垂直導(dǎo)體表面上的電場(chǎng)線總是垂直于導(dǎo)體表面，因?yàn)殡妶?chǎng)力會(huì)迫使自由電荷移動(dòng)到導(dǎo)體表面，形成一個(gè)垂直于表面的電場(chǎng)。導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)為零導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有自由電荷，因此電場(chǎng)強(qiáng)度為零。靜電場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算穩(wěn)恒電流簡(jiǎn)介穩(wěn)恒電流是指在時(shí)間上保持恒定不變的電流，它是一種重要的電磁現(xiàn)象，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、電子設(shè)備等領(lǐng)域。穩(wěn)恒電流的特性包括：電流大小恒定、電流方向不變、電流路徑固定。電流密度和歐姆定律電流密度描述單位截面積上的電流強(qiáng)度，反映電流的強(qiáng)弱程度。歐姆定律闡述了導(dǎo)體中電流與電壓和電阻之間的關(guān)系，是電學(xué)中的基本定律之一。電磁感應(yīng)和法拉第電磁感應(yīng)定律磁通量變化當(dāng)穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，電路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。法拉第定律感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小等于穿過(guò)閉合電路的磁通量變化率。楞次定律感應(yīng)電流的方向總是試圖阻止引起它的磁通量變化。自感和互感1自感線圈中的電流變化會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)反過(guò)來(lái)會(huì)影響線圈中的電流，這種現(xiàn)象稱為自感。2互感兩個(gè)線圈相互靠近時(shí)，一個(gè)線圈中的電流變化會(huì)影響另一個(gè)線圈中的電流，這種現(xiàn)象稱為互感。時(shí)變電磁場(chǎng)的邊界條件在介質(zhì)分界面上，電場(chǎng)和磁場(chǎng)強(qiáng)度滿足特定的邊界條件。這些條件反映了電磁場(chǎng)在不同介質(zhì)中的變化規(guī)律。邊界條件對(duì)于理解電磁波的傳播、反射和折射現(xiàn)象至關(guān)重要。麥克斯韋方程組高斯定律描述電場(chǎng)與電荷之間的關(guān)系高斯磁定律磁場(chǎng)線總是閉合，不存在磁單極子法拉第定律變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)安培-麥克斯韋定律電流和變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)電磁波的波動(dòng)方程1麥克斯韋方程組電磁波的波動(dòng)方程可以由麥克斯韋方程組推導(dǎo)出。2偏微分方程它是描述電磁波在空間和時(shí)間上傳播的偏微分方程。3波動(dòng)特性波動(dòng)方程表明電磁波具有橫波性質(zhì)，并以光速傳播。電磁波的傳播和特性傳播速度電磁波在真空中以光速傳播，約為3×10?米/秒。橫波性質(zhì)電磁波的電場(chǎng)和磁場(chǎng)振動(dòng)方向互相垂直，并且都垂直于傳播方向。頻率和波長(zhǎng)電磁波的頻率和波長(zhǎng)成反比，頻率越高，波長(zhǎng)越短。電磁波的反射和折射反射當(dāng)電磁波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時(shí)，部分電磁波會(huì)被反射回來(lái)。反射波的傳播方向遵循反射定律，入射角等于反射角。折射另一部分電磁波會(huì)穿過(guò)介質(zhì)界面，其傳播方向會(huì)發(fā)生改變，這就是折射現(xiàn)象。折射角和入射角滿足斯涅爾定律，折射角與入射角的正弦之比等于兩種介質(zhì)的折射率之比。電磁波的干涉和衍射干涉當(dāng)兩列或多列電磁波相遇時(shí)，它們會(huì)相互疊加，形成干涉現(xiàn)象。衍射當(dāng)電磁波遇到障礙物或狹縫時(shí)，會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，波會(huì)繞過(guò)障礙物或狹縫傳播。電磁波的偏振方向性電磁波的電場(chǎng)矢量振動(dòng)方向被稱為偏振方向。線性偏振電場(chǎng)矢量在某一固定平面內(nèi)振動(dòng)。圓偏振電場(chǎng)矢量的端點(diǎn)在垂直于傳播方向的平面上描繪圓形軌跡。橢圓偏振電場(chǎng)矢量的端點(diǎn)在垂直于傳播方向的平面上描繪橢圓軌跡。電磁波的能量傳輸電磁波的能量傳輸方式能量以電磁場(chǎng)形式傳播能量密度與電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度的平方成正比能量傳輸速率由坡印廷矢量表示電磁屏蔽和渦流電磁屏蔽利用導(dǎo)體或磁性材料，阻止電磁場(chǎng)通過(guò)，以保護(hù)電子設(shè)備或人員免受電磁干擾。渦流當(dāng)導(dǎo)體在變化的磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，或?qū)w處于變化的磁場(chǎng)中時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的電流，稱為渦流。電磁場(chǎng)對(duì)人體的影響健康風(fēng)險(xiǎn)長(zhǎng)期暴露于高強(qiáng)度電磁場(chǎng)可能會(huì)對(duì)人體健康造成負(fù)面影響，如頭痛、失眠、免疫力下降等。器官損傷電磁場(chǎng)可能導(dǎo)致某些器官，特別是生殖系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)，受到損傷。兒童易感性兒童對(duì)電磁場(chǎng)的敏感度更高，長(zhǎng)期暴露可能會(huì)影響生長(zhǎng)發(fā)育。電磁場(chǎng)的應(yīng)用1通信技術(shù)電磁波是無(wú)線通信的基礎(chǔ)，如手機(jī)、廣播、衛(wèi)星通信等。2醫(yī)療設(shè)備核磁共振成像、X射線、超聲波等醫(yī)療設(shè)備利用電磁波診斷和治療疾病。3工業(yè)生產(chǎn)電磁感應(yīng)加熱、電磁驅(qū)動(dòng)、電磁測(cè)量等技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。課程總結(jié)本課程涵蓋了電磁學(xué)的基本概念和理論，為后續(xù)學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)知識(shí)奠定了基礎(chǔ)。通過(guò)學(xué)習(xí)，同學(xué)們對(duì)電磁場(chǎng)的基本性質(zhì)、主要定律、應(yīng)用等有了深入了解。課后習(xí)題鞏固知識(shí)通過(guò)習(xí)題練習(xí)，加深對(duì)電磁學(xué)知識(shí)的理