《电磁学电磁场》课件

电磁学电磁场欢迎来到电磁学电磁场课程的学习之旅！课程导言课程目标掌握电磁学基本理论理解电磁场基本概念运用电磁学知识解决实际问题课程内容静电场稳恒电流时变电磁场电磁波学习方法课堂讲授课后习题实验操作静电场简介静止电荷静电场是由静止的电荷产生的。电场线电场线是描述电场方向和强度的曲线。静电势能静止电荷在电场中具有的能量被称为静电势能。静电场中的电荷点电荷电荷的最小单位是元电荷，带电体由大量元电荷组成。电荷守恒电荷既不能创造也不能消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或从物体的一部分转移到另一部分。库仑定律真空中两个点电荷之间的相互作用力的大小与它们的电荷量成正比，与它们之间的距离平方成反比。静电场强度1定义电场强度是用来描述电场强弱和方向的物理量。2公式电场强度的大小等于单位正电荷在该点所受的静电力的大小。3单位电场强度的单位是牛顿每库仑（N/C）。静电通量和高斯定理1定义静电场中，穿过某一曲面的电场线数目称为该曲面的静电通量。2公式Φ=∫E·dS3高斯定理穿过任意闭合曲面的静电通量等于该闭合曲面所包围的电荷量的代数和。静电势能和电势静电势能电荷在静电场中所具有的能量电势单位正电荷在静电场中所具有的势能电势梯度电势在空间中的变化率，与电场强度成正比电容和电容器1定义电容是指两个导体之间储存电荷的能力，单位是法拉（F）。2电容器电容器是专门设计的器件，用于储存电荷，由两块金属板平行放置构成。3应用电容器在电路中起着重要的作用，例如滤波、储能、耦合等。电介质和极化电介质的定义电介质是一种不导电的材料，在电场中会发生极化，从而影响电场的分布。极化的类型极化分为三种类型：电子极化、离子极化和取向极化，每种极化类型都有其独特的特点和影响。电介质的影响电介质的极化会改变电场的强度和分布，从而影响电容、电势等物理量的值。导体中的静电场导体内部的电场强度为零，电荷分布在导体表面。导体表面电荷的分布与导体形状有关，例如，球形导体上的电荷均匀分布，而平板导体上的电荷则集中在边缘。导体表面电荷密度与电场强度成正比，其方向垂直于导体表面。导体表面电场强度的方向与导体表面的法线方向一致，其大小与电荷密度成正比。导体静电场的边界条件导体表面电场垂直导体表面上的电场线总是垂直于导体表面，因为电场力会迫使自由电荷移动到导体表面，形成一个垂直于表面的电场。导体内部电场为零导体内部没有自由电荷，因此电场强度为零。静电场的数值计算稳恒电流简介稳恒电流是指在时间上保持恒定不变的电流，它是一种重要的电磁现象，广泛应用于电力系统、电子设备等领域。稳恒电流的特性包括：电流大小恒定、电流方向不变、电流路径固定。电流密度和欧姆定律电流密度描述单位截面积上的电流强度，反映电流的强弱程度。欧姆定律阐述了导体中电流与电压和电阻之间的关系，是电学中的基本定律之一。电磁感应和法拉第电磁感应定律磁通量变化当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，电路中就会产生感应电流。法拉第定律感应电动势的大小等于穿过闭合电路的磁通量变化率。楞次定律感应电流的方向总是试图阻止引起它的磁通量变化。自感和互感1自感线圈中的电流变化会产生磁场，磁场反过来会影响线圈中的电流，这种现象称为自感。2互感两个线圈相互靠近时，一个线圈中的电流变化会影响另一个线圈中的电流，这种现象称为互感。时变电磁场的边界条件在介质分界面上，电场和磁场强度满足特定的边界条件。这些条件反映了电磁场在不同介质中的变化规律。边界条件对于理解电磁波的传播、反射和折射现象至关重要。麦克斯韦方程组高斯定律描述电场与电荷之间的关系高斯磁定律磁场线总是闭合，不存在磁单极子法拉第定律变化的磁场产生电场安培-麦克斯韦定律电流和变化的电场产生磁场电磁波的波动方程1麦克斯韦方程组电磁波的波动方程可以由麦克斯韦方程组推导出。2偏微分方程它是描述电磁波在空间和时间上传播的偏微分方程。3波动特性波动方程表明电磁波具有横波性质，并以光速传播。电磁波的传播和特性传播速度电磁波在真空中以光速传播，约为3×10⁸米/秒。横波性质电磁波的电场和磁场振动方向互相垂直，并且都垂直于传播方向。频率和波长电磁波的频率和波长成反比，频率越高，波长越短。电磁波的反射和折射反射当电磁波从一种介质传播到另一种介质时，部分电磁波会被反射回来。反射波的传播方向遵循反射定律，入射角等于反射角。折射另一部分电磁波会穿过介质界面，其传播方向会发生改变，这就是折射现象。折射角和入射角满足斯涅尔定律，折射角与入射角的正弦之比等于两种介质的折射率之比。电磁波的干涉和衍射干涉当两列或多列电磁波相遇时，它们会相互叠加，形成干涉现象。衍射当电磁波遇到障碍物或狭缝时，会发生衍射现象，波会绕过障碍物或狭缝传播。电磁波的偏振方向性电磁波的电场矢量振动方向被称为偏振方向。线性偏振电场矢量在某一固定平面内振动。圆偏振电场矢量的端点在垂直于传播方向的平面上描绘圆形轨迹。椭圆偏振电场矢量的端点在垂直于传播方向的平面上描绘椭圆轨迹。电磁波的能量传输电磁波的能量传输方式能量以电磁场形式传播能量密度与电场强度和磁场强度的平方成正比能量传输速率由坡印廷矢量表示电磁屏蔽和涡流电磁屏蔽利用导体或磁性材料，阻止电磁场通过，以保护电子设备或人员免受电磁干扰。涡流当导体在变化的磁场中运动，或导体处于变化的磁场中时，导体内产生的电流，称为涡流。电磁场对人体的影响健康风险长期暴露于高强度电磁场可能会对人体健康造成负面影响，如头痛、失眠、免疫力下降等。器官损伤电磁场可能导致某些器官，特别是生殖系统和神经系统，受到损伤。儿童易感性儿童对电磁场的敏感度更高，长期暴露可能会影响生长发育。电磁场的应用1通信技术电磁波是无线通信的基础，如手机、广播、卫星通信等。2医疗设备核磁共振成像、X射线、超声波等医疗设备利用电磁波诊断和治疗疾病。3工业生产电磁感应加热、电磁驱动、电磁测量等技术广泛应用于工业生产。课程总结本课程涵盖了电磁学的基本概念和理论，为后续学习相关专业知识奠定了基础。通过学习，同学们对电磁场的基本性质、主要定律、应用等有了深入了解。课后习题巩固知识通过习题练习，加深对电磁学知识的理