普通物理学之电磁学

12/12普通物理之电磁学电磁学是物理学的一个分支。广义的电磁学可以说是包含电学和磁学，但狭义来说是一门探讨电性与磁性交互关系的学科。主要研究电磁波，电磁场以及有关电荷，带电物体的动力学等等。

电磁学综述电磁学是研究电磁和电磁的相互作用现象，及其规律和应用的物理学分支学科。根据近代物理学的观点，磁的现象是由运动电荷所产生的，因而在电学的范围内必然不同程度地包含磁学的内容。所以，电磁学和电学的内容很难截然划分，而“电学”有时也就作为“电磁学”的简称。早期，由于磁现象曾被认为是与电现象独立无关的，同时也由于磁学本身的发展和应用，如近代磁性材料和磁学技术的发展，新的磁效应和磁现象的发现和应用等等，使得磁学的内容不断扩大，所以磁学在实际上也就作为一门和电学相平行的学科来研究了。电磁学从原来互相独立的两门科学(电学、磁学)发展成为物理学中一个完整的分支学科，主要是基于两个重要的实验发现，即电流的磁效应和变化的磁场的电效应。这两个实验现象，加上麦克斯韦关于变化电场产生磁场的假设，奠定了电磁学的整个理论体系，发展了对现代文明起重大影响的电工和电子技术。麦克斯韦电磁理论的重大意义，不仅在于这个理论支配着一切宏观电磁现象(包括静电、稳恒磁场、电磁感应、电路、电磁波等等)，而且在于它将光学现象统一在这个理论框架之内，深刻地影响着人们认识物质世界的思想。电子的发现，使电磁学和原子与物质结构的理论结合了起来，洛伦兹的电子论把物质的宏观电磁性质归结为原子中电子的效应，统一地解释了电、磁、光现象。和电磁学密切相关的是经典电动力学，两者在内容上并没有原则的区别。一般说来，电磁学偏重于电磁现象的实验研究，从广泛的电磁现象研究中归纳出电磁学的基本规律；经典电动力学则偏重于理论方面，它以麦克斯韦方程组和洛伦兹力为基础，研究电磁场分布，电磁波的激发、辐射和传播，以及带电粒子与电磁场的相互作用等电磁问题，也可以说，广义的电磁学包含了经典电动力学。电磁学与相对论电磁学的基本方程为麦克斯韦方程组，此方程组在经典力学的相对运动转换（伽利略变换）下形式会变，在伽里略变换下，光速在不同惯性座标下会不同。保持麦克斯韦方程组形式不变的变换为洛伦兹变换，在此变换下，不同惯性座标下光速恒定。廿世纪初迈克耳孙-莫雷实验支持光速不变，光速不变亦成为爱因斯坦的狭义相对论的基石。取而代之，洛伦兹变换亦成为较伽利略变换更精密的惯性座标转换方式。电磁学的有关公式库仑定律：F=kQq/r²电场强度：E=F/q点电荷电场强度：E=kQ/r²匀强电场：E=U/d电势能：E₁=qφ电势差:U₁₂=φ₁-φ₂静电力做功:W₁₂=qU₁₂电容定义式:C=Q/U电容:C=εS/4πkd带电粒子在匀强电场中的运动加速匀强电场:1/2*mv²=qUv²=2qU/m偏转匀强电场:运动时间:t=x/v₀垂直加速度:a=qU/md垂直位移:y=1/2*at₂=1/2*(qU/md)*(x/v₀)²偏转角:θ=v⊥/v₀=qUx/md(v₀)²微观电流：I=nesv电源非静电力做功：W=εq欧姆定律：I=U/R串联电路电流：I₁=I₂=I₃=……电压：U=U₁+U₂+U₃+……并联电路电压：U₁=U₂=U₃=……电流：I=I₁+I₂+I₃+……电阻串联：R=R₁+R₂+R₃+……电阻并联：1/R=1/R₁+1/R₂+1/R₃+……焦耳定律：Q=I²RtP=I²RP=U²/R电功：W=UIt电功率:P=UI电阻定律：R=ρl/S全电路欧姆定律：ε=I(R+r)ε=U外+U内安培力：F=ILBsinθ洛伦兹力：f=qvB磁通量：Φ=BS电磁感应感生电动势：E=nΔΦ/Δt动生电动势：E=Blv*sinθ高中物理电磁学公式总整理电子电量为库仑(Coul)，1C=电子电量。其它物理学分支学科物理学概览、力学、热学、光学、声学、电磁学、核物理学、固体物理学麦克斯韦麦克斯韦是19世纪伟大的英国物理学家，经典电动力学的创始人，统计物理学的奠基人之一。麦克斯韦1831年6月13日出生于爱丁堡。16岁时进入爱丁堡大学，三年后转入剑桥大学学习数学，1854年毕业并留校任教，两年后到苏格兰的马里沙耳学院任自然哲学教授，1860年到伦敦国王学院任教，1871年受聘筹建剑桥大学卡文迪什实验室，并任第一任主任。1879年11月5日在剑桥逝世。麦克斯韦集成并发展了法拉第关于电磁相互作用的思想，并于1864年发表了著名的《电磁场动力学理论》的论文，将所有电磁现象概括为一组偏微分方程组，预言了电磁波的存在，并确认光也是一种电磁波，从而创立了经典电动力学。麦克斯韦还在气体运动理论、光学、热力学、弹性理论等方面有重要贡献。电磁学或称电动力学或经典电动力学。之所以称为经典，是因为它不包括现代的量子电动力学的内容。电动力学这样一个术语使用并不是非常严格，有时它也用来指电磁学中去除了静电学、静磁学后剩下的部分，是指电磁学与力学结合的部分。这个部分处理电磁场对带电粒子的力学影响。关于电磁学的发展史公元前七世纪发现磁石管子(中国)thale(泰勒斯希腊)公元前二世纪静电吸引西汉初年1600年《地磁论》论述磁并导入“电的”electricWilliamGilbert(吉尔伯特)英国女王的御臣1745年莱顿瓶电容器的原形，存贮电Pietervanmusschenbrock(穆欣布罗克荷兰莱顿)EwaldGeorgVonKleit(克莱斯特德国)1747年电荷守恒定律（正,负电的引入）BenjamimFranktin(富兰克林美国)1754年避雷针（电的实际应用）ProcopiusDirisch(狄维施)1785年库仑定律电磁学进入科学行列CharlesAugustedeCoulom(库仑法国)1799年发明电池提供较长时间的电流AlessandroGrafVolta(伏打意大利)1820年电流的磁效应（电产生磁）安培分子电流说毕奥-萨伐尔定律HansChanstanOersted(奥斯特丹麦)AndreMarieAmpere(安培法国)Jean-BaptuteBiot,FelixSavart(毕奥，萨伐尔)1826年欧姆定律GeorgSimonohm(欧姆)1831年电磁感应现象（磁产生电）MichaelFaraday(法拉第英国)1834年楞次定律楞次1865年麦克斯韦方程组建立了电磁学理论，预言了电磁波Maxwell(麦克斯韦)1888年实验证实电磁波存在HeinrichHertz(赫兹德国)1896年光速公式HendrikAnoenLorentz(洛仑兹)相关学科一、静电学1.库仑定律，描述空间中两点电荷之间的电力，，由库仑定律经过演算可推出电场的高斯定律。2.点电荷或均匀带电球体在空间中形成之电场，导体表面电场方向与表面垂直。电力线的切线方向为电场方向，电力线越密集电场强度越大。平行板间的电场3.点电荷或均匀带电球体间之电位能。本式以以无限远为零位面。4.点电荷或均匀带电球体在空间中形成之电位。导体内部为等电位。接地之导体电位恒为零。电位为零之处，电场未必等于零。电场为零之处，电位未必等于零。均匀电场内，相距d之两点电位差。故平行板间的电位差。5.电容，为储存电荷的组件，C越大，则固定电位差下可储存的电荷量就越大。电容本身为电中性，两极上各储存了+q与-q的电荷。电容同时储存电能，。a.球状导体的电容，本电容之另一极在无限远，带有电荷-q。b.平行板电容。故欲加大电容之值，必须增大极板面积A，减少板间距离d，或改变板间的介电质使k变小。二、电路学1.理想电池两端电位差固定为0。实际电池可以简化为一理想电池串连内电阻r。实际电池在放电时，电池的输出电压，故输出之最大电流有限制，且输出电压之最大值等于电动势，发生在输出电流=0时。实际电池在充电时，电池的输入电压，故输入电压必须大于电动势。2.若一长度d的均匀导体两端电位差为，则其内部电场。导线上没有电荷堆积，总带电量为零，故导线外部无电场。理想导线上无电位降，故内部电场等于0。3.克希荷夫定律a.节点定理：电路上任一点流入电流等于流出电流。b.环路定理：电路上任意环路上总电位升等于总电位降。三、静磁学1.必欧-沙伐定律，描述长的电线在处所建立的磁场磁场单位，MKS制为Tesla，CGS制为Gauss，1Tesla=10000Gauss，地表磁场约为0.5Gauss，从南极指向北极。由必欧-沙伐定律经过演算可推出安培定律2.重要磁场公式无限长直导线磁场长之螺线管内之磁场半径a的线圈在轴上x处产生的磁场，在圆心处(x=0)产生的磁场为3.长之载流导线所受的磁力为，当与B垂直时两平行载流导线单位长度所受之力。电流方向相同时，导线相吸；电流方向相反时，导线相斥。4.电动机(马达)内的线圈所受到的力矩，。其中A为面积向量，大小为线圈面积，方向为线圈面的法向量，以电流方向搭配右手定则来决定。5.带电质点在磁场中所受的磁力为，a.若该质点初速与磁场B平行，则作等速度运动，轨迹为直线。b.若该质点初速与磁场B垂直，则作等速率圆周运动，轨迹为圆。回转半径，周期。c.若该质点初速与磁场B夹角，该质点作螺线运动。与磁场平行的速度分量大小与方向皆不改变，而与磁场平行的速度分量大小不变但方向不停变化，呈等速率圆周运动。其中，回转半径，周期，与b.相同，螺距。速度选择器：让带电粒子通过磁场与电场垂直的空间，则其受力，当时该粒子受力为零，作等速度运动。质普仪的基本原理是利用速度选择器固定离子的速度