中科大电磁学课件第二章
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电磁学PPT课件-2024鲜版
1 2
麦克斯韦方程组的构成
四个基本方程，描述电场、磁场、电荷和电流之 间的关系。
物理意义
揭示了电磁场的基本规律，预测了电磁波的存在 ，为电磁学的发展奠定了基础。
方程组中各量的含义及相互关系
3
E（电场强度）、B（磁感应强度）、D（电位移 矢量）、H（磁场强度）、J（电流密度）、ρ（ 电荷密度）等。
2024/3/28
且电流大小和方向均不随时间变化。
欧姆定律的内容
02
介绍欧姆定律，即在同一电路中，通过导体的电流与导体两端
的电压成正比，与导体的电阻成反比。
欧姆定律的应用
03
列举欧姆定律在电路分析中的广泛应用，如计算电阻、电压和
电流等。
14
稳恒磁场产生条件及描述方法
稳恒磁场的定义和产生条件
阐述稳恒磁场的概念，即由恒定电流产生的磁场，其磁场强度和 方向均不随时间变化。
霍尔效应的原理
介绍霍尔效应的原理，即在通电的半导体薄片上施加一个与电流方 向垂直的磁场，会在半导体两侧产生电势差的现象。
霍尔效应的应用
列举霍尔效应在测量磁场、制作霍尔元件等方面的应用。
2024/3/28
16
磁路定理及其在工程中应用
磁路定理的内容
介绍磁路定理，即在磁路 中，磁通量总是沿着磁阻 最小的路径闭合。
配电网
将电能从变电站输送到用户端，包括架空线路、电缆、配 电变压器等设施。
2024/3/28
26
工业自动化领域传感器技术应用
位移传感器
利用电磁感应原理测量 物体位移或位置变化， 广泛应用于机床、自动 化生产线等领域。
2024/3/28
压力传感器
将压力转换为电信号输 出，用于测量气体或液 体的压力，常见于工业 控制、航空航天等领域 。
中国科技大学电磁学教案7
(3) 物质的第四态
从物质聚集态的顺序来说，等离子体居于固体、 液体、气体之后，位列第四，所以等离子体又 称为物质的第四态。所谓物质的不同聚集态， 从微观上说，就是构成物质的微观粒子排列的 有序程度不同。
固体（晶体）中的粒子规则地周期性地排列， 远程有序，使固体具有确定的形状和体积。液 体分子在小范围内规则排列，近程有序，使液 体具有一定体积且不易压缩，但又易流动或相 对移动从而无一定形状。气体分子作无规则热 运动，使气体既无固定形状和体积，又易流动 和压缩。
（5）等离子体 是宇宙物质存在 的主要形态
在地球上，常见的是气体、 液体和固体，等离子体很少 见，这是因为地球表面的温 度太低，通常并不具备产生 等离子体的条件。
在的宇宙中，恒星是高温电 离形成的等离子体，稀薄的 星云和星际物质则是由辐射 电离形成的等离子体，在宇 宙中99％的物质是等离子体.
B.J.Ye
B.J.Ye
在导体表面取面元∆S，过它的周线作一柱面， 使其侧面与导体表面垂直，两底面分别位于导
B.J.Ye
日本的测试磁悬浮列车
CERN正在建造的世界最大的加速器LHC中的超导磁体
近些年来，高温超导的研究成了世界各国 科学家的一个热门课题，主要包括三个方面：
☯ 进一步寻找高临界参数的超导新材料(2008年 中国科技大学物理学院陈仙辉教授发现铁基高 温超导体）
☯ 阐明高Tc氧化物超导体的物理机制；
巴丁（美国）64岁 库柏 42岁：提出超导理论模型，36岁任教授 施里弗 41岁：解决超导理论问题，33岁任教授
无序
有序
电声子相互作用模型
电子—声子相互作用能把 两个电子耦合在一起，这 种耦合就好象两个电子之 间有相互吸引作用一样。
大学物理《电磁学》PPT课件
欧姆定律
描述导体中电流、电压和电阻之间关系的 定律。
电场强度
描述电场强弱的物理量，其大小与试探电 荷所受电场力成正比，与试探电荷的电荷 量成反比。
恒定电流
电流大小和方向均不随时间变化的电流。
电势与电势差
电势是描述电场中某点电势能的物理量， 电势差则是两点间电势的差值，反映了电 场在这两点间的做功能力。
电介质的极化现象
1 2
电介质的定义 电介质是指在外电场作用下能发生极化的物质。 极化是指电介质内部正负电荷中心发生相对位移， 形成电偶极子的现象。
极化类型 电介质的极化类型包括电子极化、原子极化和取 向极化等。
3
极化强度
极化强度是描述电介质极化程度的物理量，用矢 量P表示。极化强度与电场强度成正比，比例系 数称为电介质的电极化率。
磁场对载流线圈的作用
对于载流线圈，其受力可分解为沿线圈平面的法向力和切线方 向的力，分别用公式Fn=μ0I²S/2πa和Ft=μ0I²a/2π计算。
05
电磁感应原理及技 术应用
法拉第电磁感应定律
法拉第电磁感应定律的内容
01
变化的磁场会产生感应电动势，感应电动势的大小与磁通量的
变化率成正比。
法拉第电磁感应定律的数学表达式
安培环路定理及其推广形式
安培环路定理
磁场中B沿任何闭合路径L的线积分， 等于穿过这路径所围面积的电流代数 和的μ0倍，即∮B·dl=μ0∑I。
推广形式
对于非稳恒电流产生的磁场，安培环路 定理可推广为 ∮B·dl=μ0∑I+ε0μ0∂/∂t∮E·dl。
磁场对载流导线作用力计算
载流导线在磁场中受力
当载流导线与磁场方向不平行时，会受到安培力的作用，其大 小F=BILsinθ，方向用左手定则判断。
第二章电磁学PPT课件
E10 (rR3)
-q
q
E24πq0r2 (R3rR2)
R3
E 30 (R 1rR 2)
E4 4π2q0r2
.
(R1r)
R2 R1
3U 8 O4π q0(R 1 3-R 1 2R 2 1)2.3 1 130 V
第二章 静电场中的导体和电介质
§2-1 静电场中的导体 §2-2 电容和电容器 §2-3 电介质 §2-4 电场的能量和能量密度
外表面所带的电量由电荷守恒定律决定。
.
31
三 静电屏蔽
1 屏蔽外电场
E
E
外电场
空腔导体屏蔽外电场
空腔导体可以屏蔽外电场, 使空腔内物体不受外电 场影响.这时,整个空腔导体和腔内的电势也必处处相等.
.
32
2 屏蔽腔内电场
接地空腔导体 将使外部空间不受 空腔内的电场影响.
接地导体电势为零
+
+
+
q
别带上电荷量q和Q.试求：
(1)小球的电势UR，球壳内、外表面的电势； (2)两球的电势差； (3)若球壳接地，再求小球与球壳的电势差。
解：小球在球壳内外表面感应出电荷-q、q
球壳外总电荷为q+Q。
Q
R2
q
R R1
.
35
(1)小球的电势UR，球壳内、外表面的电势
UR410(R q-R q1qR 2Q)
＋
-＋
R2
＋
-
-
＋-
R
1
＋ ＋
-
＋
＋-*P-
R2 ,
C4π .
R 450 1
孤立导体球电容
例3 两半径为 R的平行长直导线中心间距为d ，
电磁学新概念第二章5节
F Idl B
二、电流的单位 平行电流间的相互作用
1、平行载流直导线间的相互作用
B2
问题：两平行长直载流导线，相距为 d
求：每单位长度线段所受的作用力。
I1
I2
dF1
dF2
B1
d
2020/5/26
山东大学 物理学院
2
电流 I1在电流 I2处所产生的磁场为：
B1
o I1 2 d
导线2上dl2长度受力为
14
(n
B)
m
I
右手螺旋定则
•讨论： =/2， 线圈与磁场平行，磁通量F =0，力矩Mmax=ISB
=0，
垂直， F =BS，力矩M=0，稳定平衡
=，垂直， F =-BS，Fra bibliotek矩M=0，非稳平衡
2020/5/26
山东大学 物理学院
7
例题、证明转动带电园盘的磁矩:
解：
m 1 QR2
4
dq
Q
R 2
2r
dF2
B1 I 2dl2
o I1 I 2 2 d
dl2
导线2上单位长度受力为
dF2 dl2
B1 I 2
o I1 I 2 2 d
电流 I2在电流 I1 处所产生的磁场为：
B2
o I2 2 d
导线1上dl1长度受力为
dF1
B2 I1dl1
o I 2 I1 2 d
dl1
2020/5/26
山东大学 物理学院
§5. 磁场对载流导线的作用
一、安培力
电流元Idl在磁场中所受的力—安培力
dF IdlBsin
dF Idl B
比奥萨伐尔定律 :
《电磁学》PPT课件
新型电磁材料与技术
超构材料、拓扑电磁学、量子电磁学等
电磁学与其它学科的交叉融合
电磁生物学、电磁化学、电磁信息学等
电磁学在高新技术领域的应用
5G/6G通信、太空探测、新能源技术等
未来电磁学技术发展趋势展望
高性能计算与仿真技术、智能电磁感知与 调控技术等
感谢您的观看
THANKS
正弦交流电路基本概念
1
正弦交流电路是指电流和电压随时间按正弦规律 变化的电路。正弦交流电具有周期性、连续性和 可叠加性等特点。
2
正弦交流电的基本参数包括振幅、频率、相位和 初相位等，这些参数决定了正弦交流电的性质和 特征。
3
正弦交流电路的分析方法包括时域分析法和频域 分析法，其中频域分析法在复杂交流电路分析中 具有重要意义。
处于静电平衡状态的导体，其内部电场被屏蔽，使得外部电场无法对 导体内部产生影响。
电介质极化现象及机理
1 2 3
电介质极化
电介质在静电场作用下，其内部正负电荷中心发 生相对位移，形成电偶极子，这种现象称为电介 质极化。
极化机理
电介质极化的机理包括电子极化、原子极化和取 向极化等。不同电介质在静电场中的极化程度不 同，这与其内部结构有关。
超导材料在电磁领域应用前景
01
超导材料的基本特 性
零电阻、完全抗磁性
02
超导材料在电磁领 域的应用
超导磁体、超导电缆、超导电机 等
03
超导材料应用前景 展望
高温超导材料、超导电子学器件 等
太赫兹技术发展现状和挑战
太赫兹技术的概念和特点
介于微波和红外之间的电磁波
太赫兹技术发展现状
太赫兹源、太赫兹探测器、太赫兹波谱仪等
大学物理《电磁学》PPT课件
一、磁的基本现象 1．磁现象的初期认识 我国是世界上最早发现和应用磁现象的国家之 一，早在公元前300百年就发现磁铁吸引铁的现象。 在十一世纪我国已制造出指南针（司南） (compass)。《山海经》中有“山中有磁石者，必 有赤金。”《水经注》记载，秦始皇的阿房宫有 “北阙门”用磁石做成的，以防刺客。
S
B
m BS
②均匀磁场，S 法线方向与磁场方向成 角
S
n
B
m BS cos B S
③磁场不均匀，S 为任意曲面 d m BdS cosθ B dS ④S 为任意闭合曲面
S
m B dS
S
m BdS cos θ B dS
一位专栏作家幽默地评论道：
正当全世界都在为人们成双成对庆贺 的时候，物理学家却为他们找到了孤独的 磁单极子而欢呼雀跃！
斯坦福大学的这个探测结果只是一个不能重现 的孤立事件，在没有其它实验室认同的情况下，是 不能作为对磁单极子的认定结论的。
所有磁现象可归结为
产
运动电荷 A
生
A的 磁场
作
用于
+
运动电荷 B
2 2 B Bx B y 0.1T
Bz tan 0.57 Bx
300
～1012T ～106T ～7×104T ～0.3T ～10-2T ～5×10-5T ～3×10-10T
资料
原子核表面 中子星表面 目前最强人工磁场 太阳黑子内部 太阳表面 地球表面 人体
2.电场与磁场的相对性
S1
m B dS 0
S2
磁感应线是闭 合的，因此它在任 意封闭曲面的一侧 穿入，必在另一侧 全部穿出。
S
B
m BS
②均匀磁场，S 法线方向与磁场方向成 角
S
n
B
m BS cos B S
③磁场不均匀，S 为任意曲面 d m BdS cosθ B dS ④S 为任意闭合曲面
S
m B dS
S
m BdS cos θ B dS
一位专栏作家幽默地评论道：
正当全世界都在为人们成双成对庆贺 的时候，物理学家却为他们找到了孤独的 磁单极子而欢呼雀跃！
斯坦福大学的这个探测结果只是一个不能重现 的孤立事件，在没有其它实验室认同的情况下，是 不能作为对磁单极子的认定结论的。
所有磁现象可归结为
产
运动电荷 A
生
A的 磁场
作
用于
+
运动电荷 B
2 2 B Bx B y 0.1T
Bz tan 0.57 Bx
300
～1012T ～106T ～7×104T ～0.3T ～10-2T ～5×10-5T ～3×10-10T
资料
原子核表面 中子星表面 目前最强人工磁场 太阳黑子内部 太阳表面 地球表面 人体
2.电场与磁场的相对性
S1
m B dS 0
S2
磁感应线是闭 合的，因此它在任 意封闭曲面的一侧 穿入，必在另一侧 全部穿出。
电磁学第2章课件
2024/6/22
10
电磁学 (Electromagnetism)
E1
2
0
n
内
侧
E1
2 0
n
外侧
E E1 E2 0 内侧
E
E1
E2
0
n
外侧
E2
2 0
n
F
SE2
2S 2 0
n.
2024/6/22
11
电磁学 (Electromagnetism)
三、孤立导体形状对电荷分布的影响
0
0
综合可得：E
n
0
2024/6/22
9
电磁学 (Electromagnetism)
二、带电导体所受的静电力 设△S是导体表面包含P点的小面元，σ是P
点的电荷面密度，求△S所受的静电力。
E1 E2
S n
E1 E2
设
S
在导体表面两侧
产生的场强为 E1 和 E1，其
余电荷产生的场强为 E2 。
不为零的地方自由电荷就要受到电场力的 作用发生移动，这样就不是静电平衡。
2024/6/22
2
电磁学 (Electromagnetism) 注意 “场强”是所有电荷共同激发的总场强， 是一个合贡献。“内部处处场强为零”中的“处 处”，也即“点点”，这个点指的是导体内宏观 的点，即物理无限小体元。
过程：
P
S
E
dS
q
0
由于E 0 故 q 0
2024/6/22
6
电磁学 (Electromagnetism) 3、在导体外，紧靠导体表面的点的场强方向与导 体表面垂直，场强大小与导体表面对应点的电荷 面密度成正比。 证明：
第二篇电磁学PPT精品文档90页
数学表述
n
E
i1
fi q0
n Ei 总场强
i1
注意：电场强度是矢量，迭加时应为矢量相加
3。带电体电荷连续分布
把带电体看作是由许多个元电荷 组成,再利用场强叠加原理。
dq
dV
电荷密度
ds
体电荷密度 面电荷密度 线电荷密度
dl
dq
dV
dq
ds
dq
dl
体电荷 dqdV
元电荷
面电荷 dqds
一、电荷与电场
实验证明,自然界只存在两种电荷，分别 称为正电荷和负电荷。同种电荷互相排斥，异 种电荷互相吸引。
电场： 带电体之间的相互作用是通过电场实现的。
带电体
电场
带电体
电场是物质的，具有能量与动量。 静电场是指由静止的电荷所形成的电场。
静电场的对外表现：
（1）电场中的任何带电体都将受到电场力的作用。 （2）静电场中的导体与电介质分别产生静电感应
晶格点阵 自由电子 自由电荷与束缚电荷 导体中的静电感应现象与电介质的极化现象
பைடு நூலகம்
电介质及其极化的微观机制
有极分子电介质和与无极分子电介质 正、负电荷中心重合的分子称为无极分子。 由无极分子构成的电介质——无极分子电介质。 正、负电荷中心不重合的分子称为有极分子。 由有机分子构成的电介质——有极分子电介质
和极化现象。 （3）带电体在电场中移动时，电场力将对其作功。
电荷守恒定律(Conservation of Electric Charge )
在一个与外界没有电荷交换的系统内，无论进行 怎 样的物理过程，系统内正、负电荷量的代数和总是 保持 不变。
物质的电结构：物质由分子组成，分子由原子组成，原子
大学物理第二章电磁学PPT课件
大 学 物 理
第六章 稳恒磁场
（第一讲）
主讲：王建星
作业：6-1、6-2、6-3 本章重点： 1 .毕奥-萨伐尔定律 2 .安培环路定理 3 .求磁力的安培定律
预习：§6. 4
第六章 稳恒磁场 §6. 1 磁感(应)强度 一．基本磁现象
1．安培假说：(1822年)
1) 一切磁现象都是电流 (或运动电荷)产生的; 2) 组成磁铁的最小单元(“磁分子”)是环形电流。
B= —— 2R
O
(6-J1)
4) 若线圈是由N 匝细导线组成 可看成是N匝圆电流的磁场的迭加
O
x
x
B=N ————— 2(R2+ x2)3/2
0 IR2
(6-J2)
记住以上两类典型载流导线的B公式，解题时可直接引用！
① 任取一 I d l ，写出 d B 的大小、标明方向； ② 建立坐标，将d B 分解 d Bx d B y d Bz
③ 求各分量的积分和，Bx
④ 合成
B Bx i B y j Bz k
2 x 2 y 2 z
dB
L
x
By d By Bz d Bz
磁场
运动电荷②
2． 磁场对外表现 ① 磁场对引入其中的磁铁、运动电荷或载流导体有磁力作用；
② 载流导体在磁场中移动时，磁场力一般要作功。 与电场的规律非常相似 ——可借用电场的描述方法
三. 磁感(应)强度
洛仑兹力 磁场对运动电荷的作用力的规律： 当运动试探电荷以一定速率 v 、 磁 场 沿不同方向通过某点时,电荷所 y 受的磁力不同! 1. 存在一个特定的方向：电荷 沿该向运动不受磁力作用。 此方向与电荷种类无关. x 2.电荷沿不同于特定方向的 磁力 速度通过场中某点时， 的方向总是垂直于速度与该 特定方向组成的平面。
第六章 稳恒磁场
（第一讲）
主讲：王建星
作业：6-1、6-2、6-3 本章重点： 1 .毕奥-萨伐尔定律 2 .安培环路定理 3 .求磁力的安培定律
预习：§6. 4
第六章 稳恒磁场 §6. 1 磁感(应)强度 一．基本磁现象
1．安培假说：(1822年)
1) 一切磁现象都是电流 (或运动电荷)产生的; 2) 组成磁铁的最小单元(“磁分子”)是环形电流。
B= —— 2R
O
(6-J1)
4) 若线圈是由N 匝细导线组成 可看成是N匝圆电流的磁场的迭加
O
x
x
B=N ————— 2(R2+ x2)3/2
0 IR2
(6-J2)
记住以上两类典型载流导线的B公式，解题时可直接引用！
① 任取一 I d l ，写出 d B 的大小、标明方向； ② 建立坐标，将d B 分解 d Bx d B y d Bz
③ 求各分量的积分和，Bx
④ 合成
B Bx i B y j Bz k
2 x 2 y 2 z
dB
L
x
By d By Bz d Bz
磁场
运动电荷②
2． 磁场对外表现 ① 磁场对引入其中的磁铁、运动电荷或载流导体有磁力作用；
② 载流导体在磁场中移动时，磁场力一般要作功。 与电场的规律非常相似 ——可借用电场的描述方法
三. 磁感(应)强度
洛仑兹力 磁场对运动电荷的作用力的规律： 当运动试探电荷以一定速率 v 、 磁 场 沿不同方向通过某点时,电荷所 y 受的磁力不同! 1. 存在一个特定的方向：电荷 沿该向运动不受磁力作用。 此方向与电荷种类无关. x 2.电荷沿不同于特定方向的 磁力 速度通过场中某点时， 的方向总是垂直于速度与该 特定方向组成的平面。