中科大电磁学四PPT课件
中科大 电动力学 PPT
传播方向， 为衰减方向
《等离子体物理导论》
Copyright by Wandong LIU
复波矢求解
复波矢方程：
2 2 k k k 2i 2 0 i0
2
第八周
2 2 2 0 0
《等离子体物理导论》
电场的平行分量为零
平面边界电场垂直分量法向导数为零
E 0
1 H B
D E
nD
Copyright by Wandong LIU
矩形谐振腔电磁波模
直角坐标，电场（磁场）任一分量满足：
第九周
z
2u k 2u 0
E0 E0 2 0
1/ 2
第八周
H 0 0 0
1/ 2
E0
H 0 0 0
1/ 2
E0
H 0 0
1/ 2
ei / 4 E0
1/ 2
1 i E0 0
1/ 2 2
1 i 2 0 E0 1/ 2 E0 1 i 2 0
d X k x2 X 0 dx 2 2 d Y 2 2 k yY 0 dy d 2Z 2 k z2 Z 0 dz
2
k
2
2
L3
分离变量，令 u x, y, z X ( x)Y ( y ) Z ( z )
O
L1
y
k
《等离子体物理导论》
Copyright by Wandong LIU
矩形谐振腔驻波解
Ex x Ey Ez
大学物理《电磁学》PPT课件
电场性质
对放入其中的电荷有力的作用 ，且力的方向与电荷的正负有 关。
磁场性质
对放入其中的磁体或电流有力 的作用，且力的方向与磁极或
电流的方向有关。
库仑定律与高斯定理
库仑定律
描述真空中两个静止点电荷之间的相互作用 力，与电荷量的乘积成正比，与距离的平方 成反比。
高斯定理
通过任意闭合曲面的电通量等于该曲面内所包围的 所有电荷的代数和除以真空中的介电常数。
当导体回路在变化的磁场中或导体回路在恒定的磁场中运动时
，导体回路中就会产生感应电动势。
法拉第电磁感应定律公式
02
E = -n(dΦ)/(dt)。
法拉第电磁感应定律的应用
03
用于解释电磁感应现象，计算感应电动势的大小，判断感应电
动势的方向。
自感和互感现象分析
自感现象
当一个线圈中的电流发生变化时 ，它所产生的磁通量也会随之变 化，从而在线圈自身中产生感应 电动势的现象。
程称为磁化。随着外磁场强度的增大，铁磁物质的磁感应强度也增大。
03
铁磁物质的饱和现象
当铁磁物质被磁化到一定程度后，其内部磁畴的排列达到极限状态，此
时即使再增加外磁场强度，铁磁物质的磁感应强度也不会再增加，这种
现象称为饱和现象。
04
电磁感应与暂态过程
法拉第电磁感应定律及应用
法拉第电磁感应定律内容
01
06
现代电磁技术应用与发展趋势
超导材料在电磁领域应用前景
超导材料的基本特性：零电阻、完全抗磁性
超导磁体在MRI、NMR等医疗设备中的应用
超导电缆在电力传输中的优势及挑战
高温超导材料的研究进展及潜在应用
光纤通信技术发展现状及趋势
中科大《电磁学》完
3、介质磁化的微观机制经典解释
分子固有磁矩：分子内全部电子磁矩矢量和，其中电 子磁矩包括轨道磁矩和自旋磁矩。 顺磁效应：若分子固有磁矩不为0，无外磁场时，分子 热运动使各分子的磁矩取向不同，宏观磁矩为0。有外 磁场时，分子受磁力矩作用有顺着外场排列的趋势， 产生与外场方向一致的磁化强度。 抗磁效应：无外磁场时，分子固有磁矩为0。在外磁场 作用下，分子中每个电子的轨道运动受影响，而引起 附加轨道磁矩；它总与外场反向，产生与外场方向相 反的磁化强度。
以上关于物质磁性惟一来源于磁 矩的观点，统称为《磁矩学说》， 或称为《磁偶极矩学说》。它的一 个很明确的结论是不存在磁单极。 1931年狄拉克从理论上论证了磁 单极子存在的可能性。但至今还未 曾从实验上发现磁单极子。
磁电子学的发展和应用
利用磁有序材料中，磁有序可 能对电子运动产生影响的效应 做成电子器件。
铁磁效应：主要来源于电子的自旋磁矩。无外 磁场时，铁磁质中电子自旋磁矩小范围内自发 排列形成自发磁化区－磁畴，具有很强的磁化 强度，但各磁畴方向不同，不显示宏观磁性。 在外磁场作用下，磁化方向与外磁场接近的磁 畴会扩大疆界，直至饱和，介质显示很强的宏 观磁性。
§6.4 边值关系与唯一性定理
§6.4.1 边值关系：
§6.2 有磁介质存在的静磁场的 基本性质
高斯定理：
B d S 0
S
安培环路定理：
' B d l ( I I ) 0 0 L
只要知道I0和I‘的分布，原则上就可以确 定磁介质内、外的静磁场。
磁场强度H
为使安培环路定理简化，不出现磁化电流，引入物理 B 量－磁场强度H H M 0
2024大学物理电磁学PPT课件
大学物理电磁学PPT课件•电磁学基本概念与定律•静电场与高斯定理•恒定电流与磁场目录•电磁感应与交流电路•电磁波辐射与传播•电磁学实验方法与技巧电磁学基本概念与定律电荷的基本性质电场的概念电场的描述电场强度与电势电流的形成磁场的概念磁场的描述磁场对电流的作用电磁感应现象楞次定律互感与自感法拉第电磁感应定律电磁感应定律电磁波及其传播电磁波的产生01电磁波的性质02电磁波的应用03静电场与高斯定理静电场基本概念静电场静止电荷周围空间存在的一种特殊形态的物质，对放入其中的电荷有力的作用。
电场强度描述电场强弱的物理量，与试探电荷无关，反映电场本身的性质。
电势描述电场中某点电势能的物理量，与零电势点的选取有关。
电场线与电通量电场线电通量描述电场中穿过某一曲面的电场线条数的物理量，反映该曲面与电场的相对关系。
高斯定理及其应用高斯定理应用静电场中导体与绝缘体导体绝缘体导体与绝缘体的区别恒定电流与磁场电流的定义恒定电流电阻和电阻率030201恒定电流基本概念磁场线与磁通量磁场线磁通量磁感应强度安培环路定律和毕奥-萨伐尔定律安培环路定律毕奥-萨伐尔定律应用举例磁场对电流作用力和霍尔效应磁场对电流的作用力霍尔效应应用举例电磁感应与交流电路电磁感应定律和楞次定律电磁感应定律楞次定律动生和感生电动势动生电动势感生电动势自感和互感现象自感现象互感现象交流电路基本概念及分析方法交流电路基本概念交流电路是指电流、电压和电动势的大小和方向都随时间作周期性变化的电路。
与交流电相对应的是直流电，其电流、电压和电动势的大小和方向均不随时间变化。
交流电路分析方法交流电路的分析方法主要包括相量法、复数表示法、有效值法等。
其中，相量法是一种将正弦量表示为复数形式的方法，可以简化交流电路的计算和分析；复数表示法则是将正弦量表示为实部和虚部的形式，便于进行加减运算；有效值法则是将交流电的有效值与直流电进行等效替换，从而简化计算过程。
电磁波辐射与传播电磁波是由变化的电场和磁场相互激发而形成的，具有波动性和粒子性。
电磁学PPT课件
目录
• 电磁学基本概念与原理 • 静电场分析与应用 • 恒定电流与稳恒磁场研究 • 电磁波传播与辐射特性探讨 • 电磁学在日常生活和工业生产中应用实例
01
电磁学基本概念与原理
Chapter
电场与磁场定义及性质
01
电场
由电荷产生的特殊物 理场，描述电荷间的 相互作用。
02
磁场
由运动电荷或电流产 生的特殊物理场，描 述磁极间的相互作用 。
3
方程组中各量的含义及相互关系
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。
电磁波产生、传播和接收过程
电磁波的产生
变化的电场和磁场相互激发，形 成电磁波。
电磁波的传播
电磁波在真空或介质中传播，速度 取决于介质的性质。
电磁波的接收
通过天线等接收装置，将电磁波转 换为电信号进行处理。
描述稳恒磁场的方法
介绍描述稳恒磁场的物理量，如磁感应强度、磁通量等，并给出相 应的定义和计算公式。
稳恒磁场的性质
列举稳恒磁场的基本性质，如磁场的叠加性、磁场的无源性等。
洛伦兹力与霍尔效应原理
洛伦兹力的定义和公式
阐述洛伦兹力的概念，即运动电荷在磁场中所受到的力，并给出 相应的计算公式。
霍尔效应的原理
03
电场性质
对电荷有力的作用， 具有能量和动量。
04
磁场性质
对运动电荷或电流有 力的作用，也具有能 量和动量。
库仑定律与高斯定理
01
02
03
库仑定律
描述真空中两个静止点电 荷之间的相互作用力，与 电荷量的乘积成正比，与 距离的平方成反比。
2024年度电磁学全套ppt课件
将复杂电路中的某一部分等效 为一个电源，从而简化电路分
析的方法。
17
04
磁场与磁力线
2024/2/3
18
磁场基本概念及性质
2024/2/3
磁场定义
磁场是由磁体周围空间存在的一种特殊物质，它对放入其 中的磁体产生力的作用。
磁场性质
磁场具有方向性，其方向由小磁针N极受力方向确定；磁 场具有叠加性，多个磁场可以相互叠加形成合磁场。
混联电路
既有串联又有并联的电路称为混联电路，分析时可根据需要将其简化 为简单的串联或并联电路进行处理。
2024/2/3
16
复杂电路简化技巧
支路电流法
以支路电流为未知量，列写KCL 和KVL方程进行求解的方法。
2024/2/3
节点电压法
以节点电压为未知量，列写KCL 方程进行求解的方法。
叠加定理
对于线性电路，多个独立电源 共同作用时产生的响应等于各 独立电源单独作用时产生的响 应的叠加。
互感现象
当两个线圈靠近时，一个线圈中的电流变化会在另一个线圈 中产生感应电动势，这种现象称为互感现象。互感电动势的 大小与两个线圈的匝数、相对位置和磁场的变化率有关。
26
变压器原理及应用
变压器原理
变压器是利用电磁感应原理来改变交流电压的装置。它由两个或多个匝数不同的线圈绕在同一个铁芯上制成。当 原线圈中加上交流电压时，铁芯中就会产生交变磁场，从而在副线圈中产生感应电动势。通过改变原、副线圈的 匝数比，就可以实现电压的升高或降低。
电阻的串联与并联
多个电阻串联时，总电阻等于各电阻之和；多个电阻并联时，总 电阻的倒数等于各电阻倒数之和。
15
串联、并联和混联电路分析
大学物理《电磁学》PPT课件
大学物理《电磁学》PPT课件•电磁学基本概念与原理•静电场中的导体和电介质•恒定电流及其应用•磁场性质与描述方法•电磁感应原理及技术应用•电磁波传播特性及技术应用目录CONTENTS01电磁学基本概念与原理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。
静电场由静止电荷产生的电场，其电场线不随时间变化。
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。
欧姆定律描述导体中电流、电压和电阻之间关系的定律。
恒定电流电流大小和方向均不随时间变化的电流。
静电场与恒定电流磁场磁感应强度磁性材料磁路与磁路定律磁场与磁性材料由运动电荷或电流产生的场，其对放入其中的磁体或电流有力的作用。
能够被磁场磁化并保留磁性的材料，分为永磁材料和软磁材料。
描述磁场强弱的物理量，其大小与试探电流所受磁场力成正比，与试探电流的电流强度和长度成反比。
磁路是磁性材料构成的磁通路径，磁路定律描述了磁路中磁通、磁阻和磁动势之间的关系。
描述变化的磁场产生感应电动势的定律。
法拉第电磁感应定律描述感应电流方向与原磁场变化关系的定律。
楞次定律描述磁场与变化电场之间关系的定律。
麦克斯韦-安培环路定律由变化的电场和磁场相互激发而产生的在空间中传播的电磁振荡。
电磁波电磁感应与电磁波麦克斯韦方程组及物理意义麦克斯韦方程组由四个基本方程构成的描述电磁场基本规律的方程组，包括高斯定理、高斯磁定理、法拉第电磁感应定律和麦克斯韦-安培环路定律。
物理意义麦克斯韦方程组揭示了电磁现象的统一性，预测了电磁波的存在，为电磁学的发展奠定了基础。
同时，该方程组在物理学、工程学等领域具有广泛的应用价值。
02静电场中的导体和电介质导体在静电场中的性质静电感应当导体置于外电场中时，导体内的自由电子受到电场力的作用，将重新分布，使得导体内部电场为零。
静电平衡当导体内部和表面的电荷分布不再随时间变化时，称导体达到了静电平衡状态。
大学物理《电磁学》PPT课件
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
载流导体内的电场不随时间变化，要求 产生这种电场的电荷分布是不随时间变 化的，即
0
由电流连续性方程t 可得电流的稳恒条件：
或
• j 0
j • d s 0
S
稳恒条件的意义
电流的稳恒条件表明：
任何时刻进入任何闭合曲面的电流密度矢量通 量都为0，即电流线不会在任何闭合曲面包围的 空间内终止或产生。稳恒电流的电流线只能是 连续的闭合曲线，称为稳恒电流的闭合性。
体的材料性质，大小和形状所决定，称为该导 体的电阻。
电阻单位：欧姆（1Ω＝1V/A）
（1）电阻率与电导率
实验表明：对于横截面均匀的各向同性导体，
其电阻R与导体长度L成正比，与横截面积S成
反比，即 R l
S
式中，ρ称为导体的电阻率，是完全由导体的
材料性质决定的量，单位为Ωm。
电阻率的倒数σ称为导体的电导率，单 位为(Ωm)-1。 1
首次直接看到单个的原子。 由于这一成就，获得1986年的诺贝尔物理奖。
图3.1 STM原理示意图
图3.2 C60分子的 STM图像
2、电流的方向
规定：正电荷流动的方向为电流的方向 。
因此，导体中电流的方向总是沿着电场 的方向，从高电势流到低电势。
实验表明：正电荷沿某方向运动和等量 负电荷反方向运动所产生的电量迁移等 效；除个别现象（如霍尔效应）外，它 们产生的电磁效应也（称为电路） 一定是闭合电路。
稳恒电流的特性
稳恒电流有两个特性： （1）稳恒电流的电流线或电流是闭合
的，电流线不可能有起点和终点。 （2）沿任一电流管的各截面电流强度
相等。
§4.1.4、稳恒电场
稳恒电场
稳恒电路中的电场是由不随时间变化的电荷分 布产生的电场，虽然不满足导体静电平衡条件， 但亦不随时间变化，因此也称为稳恒电场，它 是一种静态电场。
（4）隧道电流
微观粒子具有贯穿势垒的隧道效应，即使金属温 度不高时，电子仍有一定的几率穿过势垒进入真 空，从而在特定条件下，在真空中形成微弱的隧 道电流。 1982年，IBM苏黎世实验室的Binnig博士和 Rohrer博士成功的研制出一种新型的表面分析仪 器－扫描隧道显微镜(STM)，随后，第一次利用 STM在硅单晶表面观察到周期性排列的原子阵列，
电解液中电流的载流子是：正负离子 半导体中的载流子是：电子和空穴 导电气体中的载流子是：电子和正负离子。
（3）真空中的电流
热电子发射
真空中没有自由电荷，因此不会有电流。 金属中的自由电子只在金属内部自由运 动，很难进入真空形成电流。但随着金 属温度的升高，会有大量电子从金属中 逸出，这就是热电子发射，使真空中出 现大量载流子，在外电场作用下形成真 空中的电流。
定义：通电导体内任一点的电流密度矢 量j的方向是该点电流的方向，大小等于 通过该点单位垂直截面的电流。
单位：A/m2
j dI n dS 0
5、电流场
电流密度是空间位置的函数，这样的矢 量场描述了导体中的电流分布，称为电 流场。
类似于电场线描述电场，引入“电流线”描 述电流场。电流线即电流所在空间的一 组曲线，其上任一点的切线方向和该点 的电流密度方向一致。一束这样的电流 线围成的管状区域称为电流管。
第四章 稳恒电流
第四章 稳恒电流
§4.1 电流的稳恒条件 §4.2 欧姆定律 §4.3 非静电力与电源电动势 §4.4 复杂电路与基尔霍夫定律
§4.1 电流的稳恒条件
1、电流与电流密度矢量 2、电流的连续性方程 3、稳恒条件 4、稳恒电流
§4.1.1电流与电流密度矢量
1、电流的形成 电荷流动形成电流。在宏观范围内，电流
dt
V
t
dV
可得电流连续性方程得微分形式：
• j 0
t
2、电流连续性方程的意义
是电荷守恒电律的表达式 电流连续性方程表明：
电流线只能起、止于电荷随时间变化的 地方；对于电荷密度不随时间变化的地 方，电流线既无起点也无终点，即电流 线是连续的。
§4.1.3、稳恒条件
稳恒电流是电流场不随时间变化的电流。
稳恒电场与静电场有相同的性质。
服从相同的场方程式，即满足高斯定理和环路 定理；电势、电势差的概念对稳恒电场仍有效； 但静电平衡条件及其推论不再成立。
§4.2 欧姆定律
1826年德国物理学家欧姆通过实验发现，在稳 恒条件下，通过一段导体的电流和导体两端的 电压成正比，即
I U 或 U IR
R 式中，比例系数R与电流的大小无关，而由导
3、电流强度
定义：电荷的定向运动形成电流，电流 强度即单位时间内通过导体任一横截面 的电量，称为电流强度I，简称电流。在 Δt时间内通过导体任一横截面的电量Δq， 则电流I表达式为：
I q t
单位：安培（A），1A＝1C/s。
4、电流密度
电流物理量只表示导体中横截面的总电流大小， 不能反映出导体沿横截面的分布情况，包括电 流强弱和方向等细微情况，因此，引入了电流 密度矢量j。
就是大量自由电荷的定向运动。 （1）产生电流的条件： 存在载流子，即可以自由运动的电荷； 存在迫使电荷作定向运动的某种作用
由于导体对载流子的定向运动具有阻力， 要维持这种定向运动，必须有外加作用。
（2）不同材料中的载流子
金属中电流的载流子是：自由电子 金属中存在大量自由电子，在电场作用下 定向运动，形成金属中电流，同时由于电 子质量很小，不会引起宏观上可观察到的 质量迁移。
（1）积分形式
按照电荷守恒定律，由闭合曲面包围的空间内
电荷的减小量等于通过闭合曲面流出的电荷量。
在导体内任取一闭合曲面S，所围区域为V，则
单位时间内流出闭合曲面的电量应等于区域V
内电量的减少。
S
j
•
d
s
dq dt
（2）微分形式
利用数学上的高斯公式，
dq
j • d s ( •
S
V
j )dV 和
6、电流与电流密度
若已知载流导体内P点的电流密度为j， 则可以求得通过该点任一面元的电流：
dI jdS0 jdS cos j • d s
通过导体任一有限截面S的电流强度为：
I j • d s
S
即通过S面的电流I等于通过该面的电流 密度矢量通量。
§4.1.2电流连续性方程
1、电流连续性方程