《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，分為正負兩種2電場由靜止電荷產(chǎn)生的力場3磁場由運動電荷產(chǎn)生的力場4電磁波電場和磁場的交替變化，以光速傳播1.2電磁學(xué)的發(fā)展歷程1古希臘時期發(fā)現(xiàn)磁鐵的吸引力和排斥力217世紀吉爾伯特發(fā)現(xiàn)地球是一個巨大的磁鐵318世紀庫侖定律的發(fā)現(xiàn)，靜電場理論的奠基419世紀法拉第電磁感應(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。通訊無線電波用于手機、電視、廣播等通信。電子設(shè)備電磁學(xué)原理應(yīng)用于計算機、手機、電視等電子設(shè)備。第二章靜電場靜電場是電磁學(xué)的基礎(chǔ)，也是理解電磁現(xiàn)象的關(guān)鍵。本章將介紹靜電場的概念、基本規(guī)律以及應(yīng)用。2.1靜電場的基本概念電荷靜電場是由靜止的電荷產(chǎn)生的，電荷是物質(zhì)的基本屬性之一，分為正電荷和負電荷。電場力靜電場對帶電粒子會產(chǎn)生電場力，這種力的大小與電荷的量和電場強度成正比，方向與電場強度相同。電場線為了描述靜電場，引入電場線，電場線是用來形象地描述靜電場方向和強弱的曲線。2.2庫侖定律與靜電場強庫侖定律靜電場強描述點電荷之間的相互作用力描述靜電場對電荷的作用力力的大小與電荷量和距離的平方成反比場強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強的方向為正電荷在該點受到的力的方向2.3靜電場的疊加原理1疊加原理多個點電荷產(chǎn)生的電場強度，等于各個點電荷單獨產(chǎn)生的電場強度的矢量和。2矢量和根據(jù)矢量疊加規(guī)則，將各個電場強度向量首尾相接，最后得到的向量即為總電場強度。3應(yīng)用該原理可用于計算復(fù)雜電荷分布產(chǎn)生的電場強度。2.4靜電場的高斯定理高斯定理描述描述了靜電場中電場強度與穿過封閉曲面的電通量之間的關(guān)系。數(shù)學(xué)表達式穿過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)域用于計算電場強度、計算帶電體的電荷量、研究靜電場分布等。2.5靜電場的勢能和電勢勢能將一個電荷從無窮遠處移到電場中某一點，電場力所做的功叫做該電荷在該點處的勢能。電勢單位正電荷在電場中某一點的勢能叫做該點的電勢。2.6電容與電容器1電容的概念電容是衡量導(dǎo)體儲存電荷能力的物理量，用符號C表示。2電容器的定義電容器是由兩個彼此絕緣的導(dǎo)體構(gòu)成，通常由兩個金屬板構(gòu)成，中間填充絕緣介質(zhì)。3電容的計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)。第三章靜磁場靜磁場是穩(wěn)恒磁場的一種特殊情況，指磁場隨時間變化而變化的磁場。靜磁場是指在時間上保持不變的磁場，其特點是磁場強度、磁感應(yīng)強度、磁通量等物理量都不隨時間變化。3.1靜磁場的基本概念磁場磁場是由運動的電荷或電流產(chǎn)生的，它是一種無形的力場。磁力線用來描述磁場方向的曲線，磁力線總是閉合的。磁通量磁力線穿過一個特定面積的量，用于描述磁場的強度。3.2磁感應(yīng)強度和磁感線磁感應(yīng)強度磁感應(yīng)強度是描述磁場強弱和方向的物理量，用符號B表示。磁感線磁感線是用來形象地描述磁場方向和強弱的曲線，在磁場中，磁感線是連續(xù)的閉合曲線。3.3安培環(huán)路定理環(huán)路積分計算環(huán)路上的磁感應(yīng)強度電流環(huán)路所包圍的電流定理內(nèi)容磁感應(yīng)強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某一曲面的磁力線條數(shù)，它是衡量磁場強弱的一種物理量。磁通量密度磁通量密度是指單位面積上的磁通量，它反映了磁場的強度和方向。3.5磁介質(zhì)的磁性質(zhì)磁化強度描述磁介質(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)對磁場的導(dǎo)通能力，反映了磁介質(zhì)對磁場的響應(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)體在磁場中運動或磁場發(fā)生變化時，電路中會產(chǎn)生電流的現(xiàn)象。它反映了電場與磁場之間的相互聯(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)揭示了變化的磁場可以產(chǎn)生電場，進而誘導(dǎo)電流，將電磁現(xiàn)象聯(lián)系在一起。應(yīng)用場景電磁感應(yīng)是現(xiàn)代科技的基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用于發(fā)電機、電動機、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)穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化時，電路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。感應(yīng)電動勢大小感應(yīng)電動勢的大小與穿過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)生的磁場能量來自引起感應(yīng)電流的磁場能量變化。3應(yīng)用楞次定律在電磁制動、感應(yīng)發(fā)電機等領(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，會產(chǎn)生一個反向的電動勢，稱為自感應(yīng)電動勢?；ジ袘?yīng)當(dāng)一個電路中的電流發(fā)生變化時，會在另一個電路中產(chǎn)生一個電動勢，稱為互感應(yīng)電動勢。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：將機械能轉(zhuǎn)化為電能。電動機：將電能轉(zhuǎn)化為機械能。電磁爐：利用電磁感應(yīng)加熱食物。無線充電：利用電磁感應(yīng)進行無線充電。第五章Maxwell方程組電磁場的動態(tài)方程麥克斯韋方程組是描述電磁場的基本方程組，揭示了電場與磁場之間的相互作用關(guān)系，以及電磁場如何隨時間變化。電磁波的產(chǎn)生和傳播麥克斯韋方程組預(yù)測了電磁波的存在，并描述了電磁波的傳播速度、波長和頻率等特性。5.1電磁場的動態(tài)方程描述電磁場隨時間變化的規(guī)律。揭示電場和磁場的相互聯(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與電荷之間的關(guān)系。磁場高斯定律說明磁單極子不存在。法拉第電磁感應(yīng)定律描述變化的磁場如何產(chǎn)生電場。安培-麥克斯