《電磁學(xué)基本理論》課件

電磁學(xué)基本理論第一章緒論本章將帶領(lǐng)大家了解電磁學(xué)的定義、發(fā)展歷史和應(yīng)用領(lǐng)域，為后續(xù)學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。1.1電磁學(xué)的基本概念1電荷物質(zhì)的基本屬性，分為正負(fù)兩種2電場(chǎng)由靜止電荷產(chǎn)生的力場(chǎng)3磁場(chǎng)由運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的力場(chǎng)4電磁波電場(chǎng)和磁場(chǎng)的交替變化，以光速傳播1.2電磁學(xué)的發(fā)展歷程1古希臘時(shí)期發(fā)現(xiàn)磁鐵的吸引力和排斥力217世紀(jì)吉爾伯特發(fā)現(xiàn)地球是一個(gè)巨大的磁鐵318世紀(jì)庫(kù)侖定律的發(fā)現(xiàn)，靜電場(chǎng)理論的奠基419世紀(jì)法拉第電磁感應(yīng)定律的發(fā)現(xiàn)，麥克斯韋方程組的建立1.3電磁學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域照明電磁波應(yīng)用于照明，比如白熾燈、熒光燈、LED燈。通訊無(wú)線電波用于手機(jī)、電視、廣播等通信。電子設(shè)備電磁學(xué)原理應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、手機(jī)、電視等電子設(shè)備。第二章靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)是電磁學(xué)的基礎(chǔ)，也是理解電磁現(xiàn)象的關(guān)鍵。本章將介紹靜電場(chǎng)的概念、基本規(guī)律以及應(yīng)用。2.1靜電場(chǎng)的基本概念電荷靜電場(chǎng)是由靜止的電荷產(chǎn)生的，電荷是物質(zhì)的基本屬性之一，分為正電荷和負(fù)電荷。電場(chǎng)力靜電場(chǎng)對(duì)帶電粒子會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)力，這種力的大小與電荷的量和電場(chǎng)強(qiáng)度成正比，方向與電場(chǎng)強(qiáng)度相同。電場(chǎng)線為了描述靜電場(chǎng)，引入電場(chǎng)線，電場(chǎng)線是用來(lái)形象地描述靜電場(chǎng)方向和強(qiáng)弱的曲線。2.2庫(kù)侖定律與靜電場(chǎng)強(qiáng)庫(kù)侖定律靜電場(chǎng)強(qiáng)描述點(diǎn)電荷之間的相互作用力描述靜電場(chǎng)對(duì)電荷的作用力力的大小與電荷量和距離的平方成反比場(chǎng)強(qiáng)的大小與源電荷量和距離的平方成反比力的方向沿著連接兩電荷的直線場(chǎng)強(qiáng)的方向?yàn)檎姾稍谠擖c(diǎn)受到的力的方向2.3靜電場(chǎng)的疊加原理1疊加原理多個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度，等于各個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量和。2矢量和根據(jù)矢量疊加規(guī)則，將各個(gè)電場(chǎng)強(qiáng)度向量首尾相接，最后得到的向量即為總電場(chǎng)強(qiáng)度。3應(yīng)用該原理可用于計(jì)算復(fù)雜電荷分布產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度。2.4靜電場(chǎng)的高斯定理高斯定理描述描述了靜電場(chǎng)中電場(chǎng)強(qiáng)度與穿過(guò)封閉曲面的電通量之間的關(guān)系。數(shù)學(xué)表達(dá)式穿過(guò)封閉曲面的電通量等于該曲面所包圍電荷的代數(shù)和除以ε0。應(yīng)用領(lǐng)域用于計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度、計(jì)算帶電體的電荷量、研究靜電場(chǎng)分布等。2.5靜電場(chǎng)的勢(shì)能和電勢(shì)勢(shì)能將一個(gè)電荷從無(wú)窮遠(yuǎn)處移到電場(chǎng)中某一點(diǎn)，電場(chǎng)力所做的功叫做該電荷在該點(diǎn)處的勢(shì)能。電勢(shì)單位正電荷在電場(chǎng)中某一點(diǎn)的勢(shì)能叫做該點(diǎn)的電勢(shì)。2.6電容與電容器1電容的概念電容是衡量導(dǎo)體儲(chǔ)存電荷能力的物理量，用符號(hào)C表示。2電容器的定義電容器是由兩個(gè)彼此絕緣的導(dǎo)體構(gòu)成，通常由兩個(gè)金屬板構(gòu)成，中間填充絕緣介質(zhì)。3電容的計(jì)算電容大小取決于電容器的形狀、尺寸和介質(zhì)的介電常數(shù)。第三章靜磁場(chǎng)靜磁場(chǎng)是穩(wěn)恒磁場(chǎng)的一種特殊情況，指磁場(chǎng)隨時(shí)間變化而變化的磁場(chǎng)。靜磁場(chǎng)是指在時(shí)間上保持不變的磁場(chǎng)，其特點(diǎn)是磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通量等物理量都不隨時(shí)間變化。3.1靜磁場(chǎng)的基本概念磁場(chǎng)磁場(chǎng)是由運(yùn)動(dòng)的電荷或電流產(chǎn)生的，它是一種無(wú)形的力場(chǎng)。磁力線用來(lái)描述磁場(chǎng)方向的曲線，磁力線總是閉合的。磁通量磁力線穿過(guò)一個(gè)特定面積的量，用于描述磁場(chǎng)的強(qiáng)度。3.2磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁感線磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度是描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量，用符號(hào)B表示。磁感線磁感線是用來(lái)形象地描述磁場(chǎng)方向和強(qiáng)弱的曲線，在磁場(chǎng)中，磁感線是連續(xù)的閉合曲線。3.3安培環(huán)路定理環(huán)路積分計(jì)算環(huán)路上的磁感應(yīng)強(qiáng)度電流環(huán)路所包圍的電流定理內(nèi)容磁感應(yīng)強(qiáng)度沿閉合回路的線積分，等于該回路所包圍的電流的代數(shù)和3.4磁通量和磁通量密度磁通量磁通量是指穿過(guò)某一曲面的磁力線條數(shù)，它是衡量磁場(chǎng)強(qiáng)弱的一種物理量。磁通量密度磁通量密度是指單位面積上的磁通量，它反映了磁場(chǎng)的強(qiáng)度和方向。3.5磁介質(zhì)的磁性質(zhì)磁化強(qiáng)度描述磁介質(zhì)被磁化后，單位體積中磁偶極矩的總和。磁化率表示磁介質(zhì)被磁化程度的物理量，反映了磁介質(zhì)的磁化能力。磁導(dǎo)率表示磁介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的導(dǎo)通能力，反映了磁介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的響應(yīng)。第四章電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)現(xiàn)象是指閉合電路中的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)或磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)，電路中會(huì)產(chǎn)生電流的現(xiàn)象。它反映了電場(chǎng)與磁場(chǎng)之間的相互聯(lián)系，是電磁學(xué)中的重要內(nèi)容。4.1電磁感應(yīng)的基本概念概念概述電磁感應(yīng)是指閉合電路中由于磁通量的變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流的現(xiàn)象，是電磁學(xué)的重要基礎(chǔ)之一。核心內(nèi)容電磁感應(yīng)揭示了變化的磁場(chǎng)可以產(chǎn)生電場(chǎng)，進(jìn)而誘導(dǎo)電流，將電磁現(xiàn)象聯(lián)系在一起。應(yīng)用場(chǎng)景電磁感應(yīng)是現(xiàn)代科技的基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用于發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器等領(lǐng)域。4.2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)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與穿過(guò)閉合電路的磁通量變化率成正比。感應(yīng)電流方向感應(yīng)電流的方向總是阻礙引起它產(chǎn)生的磁通量變化。4.3楞次定律1方向感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量變化。2能量守恒楞次定律體現(xiàn)了能量守恒定律，即感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)能量來(lái)自引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)能量變化。3應(yīng)用楞次定律在電磁制動(dòng)、感應(yīng)發(fā)電機(jī)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。4.4自感應(yīng)和互感應(yīng)自感應(yīng)當(dāng)電路中的電流發(fā)生變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反向的電動(dòng)勢(shì)，稱為自感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)?；ジ袘?yīng)當(dāng)一個(gè)電路中的電流發(fā)生變化時(shí)，會(huì)在另一個(gè)電路中產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)，稱為互感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。4.5變壓器和電磁感應(yīng)應(yīng)用變壓器變壓器是利用電磁感應(yīng)原理將交流電壓升高或降低的裝置。升壓變壓器：將低電壓轉(zhuǎn)換為高電壓，適用于長(zhǎng)距離輸電。降壓變壓器：將高電壓轉(zhuǎn)換為低電壓，適用于家庭用電。電磁感應(yīng)應(yīng)用電磁感應(yīng)廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，包括：發(fā)電機(jī)：將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。電動(dòng)機(jī)：將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。電磁爐：利用電磁感應(yīng)加熱食物。無(wú)線充電：利用電磁感應(yīng)進(jìn)行無(wú)線充電。第五章Maxwell方程組電磁場(chǎng)的動(dòng)態(tài)方程麥克斯韋方程組是描述電磁場(chǎng)的基本方程組，揭示了電場(chǎng)與磁場(chǎng)之間的相互作用關(guān)系，以及電磁場(chǎng)如何隨時(shí)間變化。電磁波的產(chǎn)生和傳播麥克斯韋方程組預(yù)測(cè)了電磁波的存在，并描述了電磁波的傳播速度、波長(zhǎng)和頻率等特性。5.1電磁場(chǎng)的動(dòng)態(tài)方程描述電磁場(chǎng)隨時(shí)間變化的規(guī)律。揭示電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相互聯(lián)系及變化關(guān)系。為電磁波理論奠定基礎(chǔ)，解釋光的電磁本質(zhì)。5.2馬克斯韋方程組高斯定律描述電場(chǎng)與電荷之間的關(guān)系。磁場(chǎng)高斯定律說(shuō)明磁單極子不存在。法拉第電磁感應(yīng)定律描述變化的磁場(chǎng)如何產(chǎn)生電場(chǎng)。安培-麥克斯