复旦赵海滨大学物理B电磁感应电磁场理论课件

复旦大学物理电磁感应与电B磁场理论课件欢迎来到复旦大学物理课程，本课件将深入探讨电磁感应与电磁场理论B我们将涵盖法拉第电磁感应定律、楞次定律、麦克斯韦方程组等重要概念电磁感应的基本现象电磁感应是电磁学中的一个重要现象，是指变化的磁场会在其周围空间产生电场，从而在导体中产生感应电流这一现象由英国物理学家迈克尔法拉第于年发现·1831法拉第电磁感应定律闭合电路磁通量变化闭合电路中，当穿过电路的磁通磁通量变化的原因可以是磁场强量发生变化时，电路中就会产生度变化，或者回路面积变化，或感应电流，也就是电磁感应现象者回路与磁场方向之间的夹角变化感应电动势感应电动势的大小与磁通量变化率成正比，方向由楞次定律决定楞次定律方向应用感应电流产生的磁场方向总是阻碍引用于解释电磁感应现象，如电动机、起感应电流的磁通量的变化发电机、变压器等设备的工作原理感应电动势的方向法拉第电磁感应定律右手定则楞次定律根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的右手定则用于确定感应电动势的方向右楞次定律指出，感应电流的方向总是试图大小与穿过线圈的磁通量变化率成正比手拇指指向磁通量变化的方向，其余四指阻止产生它的磁通量变化指向感应电流的方向感应电流的方向楞次定律右手定则楞次定律描述了感应电流的方向，该定律右手定则是一种用于确定感应电流方向的表明，感应电流的方向总是试图阻止引起实用方法将右手拇指指向磁通量的变化它的磁通量变化因此，感应电流产生的方向，其他四指指向感应电流的方向磁场会与引起它的磁通量变化的磁场方向相反电磁感应在实际中的应用电磁感应在许多领域都有广泛应用，例如发电机、电动机、变压器等发电机利用电磁感应原理将机械能转化为电能，电动机利用电磁感应原理将电能转化为机械能，变压器利用电磁感应原理改变交流电的电压除了这些常见的应用，电磁感应还用于其他领域，例如磁悬浮列车、无线充电等自感与互感自感自感系数12线圈本身电流变化时产生的感线圈的自感系数由线圈的形状应电动势，称为自感电动势、尺寸和绕线方式决定互感互感系数34两个线圈之间电流变化时产生两个线圈的互感系数由线圈的的感应电动势，称为互感电动相对位置和相互作用决定势自感电压自感电压是由于导体中电流变化而产生的感应电压，是电磁感应现象的一种表现形式自感电压的产生是基于楞次定律，感应电流产生的磁场方向总是阻碍原磁场的变化，从而产生自感电压互感电压互感电压是指由于一个电路中的电流变化而在另一个电路中产生的感应电动势互感是指两个电路之间由于磁场相互作用而产生的相互影响现象互感电压的大小与两个电路的相对位置、形状、电流变化率以及它们之间的磁耦合程度有关1互感两个线圈之间的互感系数2电流变化率互感电压与电流变化率成正比3磁耦合线圈之间磁场相互作用的程度互感电压在电力变压器、电磁感应加热等领域有着广泛应用在变压器中，互感电压被用于改变电压，而在电磁感应加热中，互感电压被用于产生热量电磁场能量电磁场能量储存电磁场也能够储存能量，就像弹簧或电池储存机械能或化学能一样电磁场的能量密度取决于电场强度和磁场强度的大小磁场能量密度磁场能量密度磁场中每单位体积所储存的能量公式u=1/2*B^2/μ单位焦耳每立方米J/m³磁场能量密度与磁感应强度的平方成正比，与磁导率成反比Bμ电磁能量的转换与守恒能量转换能量守恒12电磁场可以与其他形式的能量在一个封闭的系统中，电磁能相互转换，例如机械能、热能量不会凭空产生或消失，只会和化学能从一种形式转换为另一种形式电磁感应电磁波34电磁感应现象体现了电能和机电磁波的传播也体现了电磁能械能的相互转换，例如发电机量的转换，例如光能的传播和电动机麦克斯韦方程组描述电磁场电磁学基础无线电技术电场、磁场和电磁波的相互作用解释各种电磁现象无线电通讯、雷达等应用静电场的麦克斯韦方程组高斯定理无旋定理边界条件描述静电场中电场线的发散程度静电场是保守场，电场力做功与路径无关描述静电场在不同介质边界处的变化规律静磁场的麦克斯韦方程组高斯磁定律安培环路定律磁场中的变化磁场描述了磁场的源头，磁场线是闭合的，描述了电流产生磁场的现象，环路积分磁场随时间变化时会产生电场，电场的没有磁单极子磁场的散度为零，磁通等于包围电流的代数和，磁场强度与电环路积分等于磁通量的变化率该定律量为零流成正比体现了电磁场的统一性电磁场的麦克斯韦方程组统一描述电磁波的传播电磁场方程组描述了电场和磁场之间的相互作用，以及它们与电荷麦克斯韦方程组可以推导出电磁波方程，解释电磁波在真空中的传和电流的关系播光学现象现代物理学电磁波方程描述了光的波动性，解释了光的反射、折射、衍射等现麦克斯韦方程组是现代物理学的基础，在电磁学、光学、无线电等象领域有广泛应用波动方程和电磁波波动方程描述电磁波传播规律的数学表达式，体现电场和磁场之间的相互作用，并以波的形式传播麦克斯韦方程组电磁学的基本理论，是波动方程的来源，揭示了电场和磁场之间的相互作用规律电磁波特性电磁波具有横波特性，电场和磁场相互垂直并垂直于传播方向，具有波速、频率和波长等特征电磁波种类根据频率不同，电磁波可分为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、射线和射线等Xγ波动方程的一般解波动方程是一阶偏微分方程，描述了电磁波在真空中传播的规律它描述了电磁场随时间的变化，包括电场和磁场的振荡12振幅频率电磁波的强度波每秒振荡的次数34波长相位波峰之间的距离波在时间上的位置电磁波在真空中以光速传播，因此它的速度是常数电磁波的频域表达电磁波的频域表达通常用傅里叶变换来描述，将时域信号转化为频域信号，这样可以更直观地观察电磁波的频率成分和能量分布频域分析在电磁波的传输、接收、滤波和信号处理等方面都有重要的应用电磁波的时域表达时域表达公式电场强度Er,t=E0*cosωt-kr+φ磁场强度Br,t=B0*cosωt-kr+φ时域表达用时间和空间坐标描述电磁波的性质电场强度和磁场强度随时间变化，呈现正弦波的形式代表角频率，代表波矢，代表初相位ωkφ电磁波的极化电场方向线性偏振圆偏振椭圆偏振电磁波中的电场方向是决定极电场矢量始终在同一个平面内电场矢量在垂直于传播方向的电场矢量在垂直于传播方向的化的关键因素振动平面上旋转平面上以椭圆轨迹旋转电磁波的反射、折射和衍射反射折射衍射当电磁波遇到两种介质的界面时，一部分当电磁波从一种介质进入另一种介质时，当电磁波遇到障碍物或狭缝时，会绕过障能量会反射回原介质反射现象遵循反射传播方向会发生改变，这就是折射现象碍物或狭缝继续传播，这就是衍射现象定律入射角等于反射角折射遵循斯涅尔定律，入射角和折射角与衍射现象表明电磁波具有波动性两种介质的折射率有关电磁波在自由空间的传播速度1光速，约为×c310⁸m/s方向2直线传播，无阻碍特性3横波，电场和磁场互相垂直衰减4距离增加，能量减弱电磁辐射和吸收电磁辐射辐射源12电磁波在空间中传播的能量，称为电磁辐射电磁辐射来自各种来源，例如太阳、恒星、无线电发射器等等电磁吸收吸收程度34物质吸收电磁辐射时，电磁能量会被物质吸收转化为热能物质吸收电磁辐射的程度取决于物质的性质和电磁波的频率电磁辐射对生物的影响辐射对生物的影响对人体的潜在影响电磁辐射可以对生物产生影响，包括加热效应、非热效应和遗传长期暴露在高强度电磁辐射下，可能会增加患癌症的风险，影响效应生育能力，以及出现其他健康问题加热效应会增加细胞温度，导致蛋白质变性或细胞死亡建议限制使用手机和其他无线设备的时间，保持安全的距离，并使用耳机或免提设备非热效应可能会影响生物体的生理功能，如免疫系统和内分泌系统遗传效应可能会导致基因突变，增加癌症风险课堂总结电磁感应电磁场电磁能量法拉第电磁感应定律，楞次定律，感应电麦克斯韦方程组，电磁波，波动方程，电电磁场能量，磁场能量密度，电磁能量的动势，感应电流，自感，互感磁波的性质，电磁辐射转换与守恒下节课预告下一节课我们将深入探讨电磁波的特性和应用，包括电磁波的干涉、衍射和多普勒效应。