2024年電磁學(xué)全套課件完整版x1目錄CONTENTS電磁學(xué)基本概念與原理靜電場(chǎng)分析及應(yīng)用恒定電流與恒定磁場(chǎng)研究電磁波傳播特性及規(guī)律電磁輻射與散射現(xiàn)象探討現(xiàn)代電磁學(xué)技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)201電磁學(xué)基本概念與原理3由電荷產(chǎn)生的特殊物理場(chǎng)，對(duì)放入其中的電荷有力的作用。電場(chǎng)由運(yùn)動(dòng)電荷或電流產(chǎn)生的特殊物理場(chǎng)，對(duì)放入其中的磁體或電流有力的作用。磁場(chǎng)電場(chǎng)和磁場(chǎng)都是物質(zhì)的一種存在形式，具有能量、動(dòng)量和質(zhì)量等物理屬性。它們可以相互轉(zhuǎn)化，并遵循能量守恒和動(dòng)量守恒等基本原理。電場(chǎng)與磁場(chǎng)的性質(zhì)電場(chǎng)與磁場(chǎng)定義及性質(zhì)4庫(kù)侖定律與高斯定理庫(kù)侖定律描述真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力，其大小與兩電荷的電量成正比，與它們之間的距離的平方成反比。高斯定理描述電場(chǎng)中電通量與電荷量之間的關(guān)系，即穿過(guò)任意閉合曲面的電通量等于該曲面內(nèi)所包圍的電荷量的代數(shù)和除以真空中的介電常數(shù)。5描述電流元在空間任意點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度，其大小與電流元的大小、電流元與場(chǎng)點(diǎn)之間的距離以及電流元與場(chǎng)點(diǎn)連線的方向有關(guān)。描述磁場(chǎng)中磁感應(yīng)強(qiáng)度沿任意閉合回路的線積分等于穿過(guò)該回路所包圍的面積的全電流。畢奧-薩伐爾定律與安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理畢奧-薩伐爾定律6洛倫茲力描述運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中所受的力，其大小與電荷量、電荷運(yùn)動(dòng)速度以及磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)，方向垂直于電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度方向所構(gòu)成的平面。霍爾效應(yīng)描述當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過(guò)半導(dǎo)體時(shí)，在半導(dǎo)體的垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上會(huì)產(chǎn)生附加的橫向電場(chǎng)，從而在半導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢(shì)差的現(xiàn)象。洛倫茲力與霍爾效應(yīng)702靜電場(chǎng)分析及應(yīng)用8描述點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度公式，以及連續(xù)電荷分布的線、面、體密度表示方法。點(diǎn)電荷與連續(xù)電荷分布電勢(shì)的定義及物理意義，電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系，計(jì)算電勢(shì)的公式及方法。電勢(shì)與電勢(shì)差電場(chǎng)線的繪制及物理意義，等勢(shì)面的概念及與電場(chǎng)線的關(guān)系。電場(chǎng)線與等勢(shì)面電荷分布與電勢(shì)計(jì)算9導(dǎo)體在靜電場(chǎng)中的感應(yīng)電荷分布，以及感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)。導(dǎo)體的靜電感應(yīng)導(dǎo)體在靜電場(chǎng)中的平衡條件，以及平衡時(shí)導(dǎo)體的電荷分布和電場(chǎng)特性。靜電平衡條件利用導(dǎo)體靜電平衡的特性實(shí)現(xiàn)靜電屏蔽的原理及應(yīng)用。靜電屏蔽導(dǎo)體在靜電場(chǎng)中特性10電介質(zhì)的極化電介質(zhì)在靜電場(chǎng)中的極化現(xiàn)象及極化機(jī)制，包括電子極化、原子極化和取向極化等。介質(zhì)中的電場(chǎng)強(qiáng)度電介質(zhì)中的電場(chǎng)強(qiáng)度與自由電荷和極化電荷的關(guān)系，以及介質(zhì)中的高斯定理。介質(zhì)中的電位移矢量電位移矢量的定義及物理意義，以及介質(zhì)中的電位移矢量與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系。介質(zhì)中靜電場(chǎng)傳播規(guī)律11123靜電場(chǎng)中儲(chǔ)存的能量的計(jì)算方法及表達(dá)式。靜電場(chǎng)的能量靜電場(chǎng)能量密度的定義及物理意義，以及能量密度與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系。靜電場(chǎng)的能量密度靜電場(chǎng)與其他形式能量之間的轉(zhuǎn)換原理及實(shí)例分析。靜電場(chǎng)的能量轉(zhuǎn)換靜電場(chǎng)能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)換1203恒定電流與恒定磁場(chǎng)研究13描述電流、電壓和電阻之間的關(guān)系，即I=V/R，其中I為電流，V為電壓，R為電阻。通過(guò)歐姆定律可以計(jì)算電路中的電流、電壓或電阻。歐姆定律揭示電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量與電流、電阻和時(shí)間的關(guān)系，即Q=I2Rt，其中Q為熱量，I為電流，R為電阻，t為時(shí)間。焦耳定律可用于計(jì)算電路中的熱效應(yīng)。焦耳定律歐姆定律與焦耳定律應(yīng)用14磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義磁感應(yīng)強(qiáng)度是描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量，用B表示，單位為特斯拉（T）。磁感應(yīng)強(qiáng)度的計(jì)算方法根據(jù)畢奧-薩伐爾定律和安培環(huán)路定理，可以計(jì)算載流導(dǎo)線或電流回路在空間任一點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度。磁感應(yīng)強(qiáng)度計(jì)算方法15VS霍爾元件是一種基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器件。當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過(guò)霍爾元件時(shí)，在元件的橫向方向會(huì)產(chǎn)生一電位差，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)?；魻栐褪抢眠@一效應(yīng)制成的磁傳感器?；魻栐膽?yīng)用霍爾元件被廣泛應(yīng)用于測(cè)量、自動(dòng)化控制、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域。例如，汽車中的點(diǎn)火系統(tǒng)、無(wú)刷電機(jī)、速度檢測(cè)等都用到了霍爾元件。霍爾元件工作原理霍爾元件工作原理及應(yīng)用16超導(dǎo)現(xiàn)象及其技術(shù)應(yīng)用某些物質(zhì)在低溫下電阻突然消失的現(xiàn)象稱為超導(dǎo)現(xiàn)象。具有超導(dǎo)性的物質(zhì)稱為超導(dǎo)體。超導(dǎo)現(xiàn)象超導(dǎo)技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景，如超導(dǎo)磁體可用于核磁共振成像（MRI）、粒子加速器等領(lǐng)域；超導(dǎo)電纜可用于大容量輸電，減少能源損耗；超導(dǎo)材料還可用于制造無(wú)摩擦軸承、飛輪儲(chǔ)能等高科技產(chǎn)品。超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用1704電磁波傳播特性及規(guī)律18麥克斯韋方程組的構(gòu)成麥克斯韋方程組由四個(gè)基本方程組成，分別描述了電場(chǎng)和磁場(chǎng)的產(chǎn)生、傳播和相互作用。方程組的物理意義麥克斯韋方程組揭示了電磁波的存在和傳播規(guī)律，是電磁學(xué)的基礎(chǔ)理論。方程組的應(yīng)用領(lǐng)域麥克斯韋方程組在電磁學(xué)、光學(xué)、無(wú)線通信等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。麥克斯韋方程組簡(jiǎn)介0302011903平面電磁波的極化方式平面電磁波的極化方式分為線極化、圓極化和橢圓極化三種，不同極化方式的電磁波具有不同的傳播特性。01平面電磁波的基本概念平面電磁波是指電磁波在傳播過(guò)程中，其電場(chǎng)和磁場(chǎng)分量都垂直于傳播方向，且在同一平面內(nèi)。02平面電磁波的傳播特性平面電磁波在自由空間中傳播時(shí)，其電場(chǎng)和磁場(chǎng)分量遵循一定的振幅、相位和傳播速度關(guān)系。平面電磁波傳播特性20電磁波譜按照頻率從低到高可分為無(wú)線電波、微波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X射線和伽馬射線等波段。不同波段的電磁波具有不同的傳播特性和應(yīng)用領(lǐng)域，如無(wú)線電波用于通信和廣播，微波用于雷達(dá)和微波爐等，可見(jiàn)光用于照明和顯示等。電磁波譜的構(gòu)成各波段的特點(diǎn)及應(yīng)用電磁波譜及各波段特點(diǎn)21無(wú)線通信是利用電磁波在自由空間中傳播的特性，通過(guò)調(diào)制和解調(diào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息的傳輸和接收。無(wú)線通信基本原理無(wú)線通信中使用的電磁波類型包括無(wú)線電波、微波和光波等，不同頻段的電磁波具有不同的傳播特性和應(yīng)用范圍。無(wú)線通信中的電磁波類型無(wú)線通信中涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括調(diào)制與解調(diào)、信道編碼與解碼、多址接入與抗干擾等，這些技術(shù)對(duì)于提高通信質(zhì)量和效率具有重要意義。無(wú)線通信中的關(guān)鍵技術(shù)無(wú)線通信中電磁波利用2205電磁輻射與散射現(xiàn)象探討23黑體輻射黑體是一個(gè)理想化的物體，能夠完全吸收所有入射的電磁輻射。黑體輻射是指黑體發(fā)出的電磁輻射，其輻射能量與溫度有關(guān)。黑體輻射的研究對(duì)于理解熱輻射和量子力學(xué)等領(lǐng)域具有重要意義。普朗克公式為了解釋黑體輻射的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，德國(guó)物理學(xué)家普朗克在1900年提出了一個(gè)公式，即普朗克公式。該公式描述了黑體輻射的能量分布與頻率、溫度之間的關(guān)系，并引入了量子化的概念，為量子力學(xué)的建立奠定了基礎(chǔ)。黑體輻射和普朗克公式24康普頓散射實(shí)驗(yàn)康普頓散射是指X射線或伽馬射線與物質(zhì)相互作用時(shí)，光子將部分能量轉(zhuǎn)移給電子，使電子獲得動(dòng)能并從原子中逸出的現(xiàn)象?？灯疹D散射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了光具有粒子性，即光子的存在。要點(diǎn)一要點(diǎn)二湯姆遜模型湯姆遜模型又稱葡萄干布丁模型，是湯姆遜于1904年提出的原子結(jié)構(gòu)模型。該模型認(rèn)為原子是一個(gè)帶正電荷的球體，電子像葡萄干一樣鑲嵌在其中。然而，該模型無(wú)法解釋原子的穩(wěn)定性和元素周期律等問(wèn)題。康普頓散射實(shí)驗(yàn)和湯姆遜模型25光電效應(yīng)光電效應(yīng)是指光照射在物質(zhì)上，使電子從物質(zhì)表面逸出的現(xiàn)象。光電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)揭示了光的粒子性，并為量子力學(xué)的建立提供了重要依據(jù)。愛(ài)因斯坦光電方程為了解釋光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，愛(ài)因斯坦在1905年提出了光電方程。該方程描述了光子能量與電子動(dòng)能、逸出功之間的關(guān)系，并成功解釋了光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。愛(ài)因斯坦因此獲得了1921年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。光電效應(yīng)和愛(ài)因斯坦光電方程26原子中的電子在不同的能級(jí)上運(yùn)動(dòng)，每個(gè)能級(jí)對(duì)應(yīng)一定的能量。原子能級(jí)結(jié)構(gòu)的研究對(duì)于理解原子光譜、化學(xué)反應(yīng)等領(lǐng)域具有重要意義。原子能級(jí)結(jié)構(gòu)光譜分析是研究物質(zhì)與電磁輻射相互作用的方法之一。通過(guò)觀察物質(zhì)發(fā)射、吸收或散射的光譜特征，可以了解物質(zhì)的成分、結(jié)構(gòu)、狀態(tài)等信息。光譜分析在化學(xué)、物理、天文等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。光譜分析原子能級(jí)結(jié)構(gòu)和光譜分析2706現(xiàn)代電磁學(xué)技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)28微波通信原理利用微波頻段進(jìn)行信息傳輸，具有頻帶寬、容量大、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。微波通信系統(tǒng)組成包括發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、天線、調(diào)制器/解調(diào)器等主要部分。微波通信技術(shù)應(yīng)用如衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信、寬帶無(wú)線接入等領(lǐng)域。微波技術(shù)在通信領(lǐng)域應(yīng)用29利用光的全反射原理，將信息以光信號(hào)的形式在光纖中傳輸。光纖傳輸原理光纖傳輸優(yōu)勢(shì)光纖傳輸技術(shù)應(yīng)用具有傳輸容量大、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、保密性好等優(yōu)點(diǎn)。如長(zhǎng)途通信、局域網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域。030201光纖傳輸原理及優(yōu)勢(shì)分析30太赫茲技術(shù)前沿動(dòng)態(tài)介紹太赫茲技術(shù)概述研究頻率在0.1-10THz范圍內(nèi)的電磁波，具有獨(dú)特的物理性質(zhì)和廣泛的應(yīng)用前景。太赫茲技術(shù)前沿動(dòng)態(tài)如太赫茲成像技術(shù)、太赫茲通信技術(shù)、太赫茲光譜技術(shù)等。太赫茲技術(shù)應(yīng)用前景如安全檢查、生物醫(yī)學(xué)成像、無(wú)線通信等領(lǐng)域