《电磁学原理入门》课件

电磁学原理入门探索电磁世界奥秘揭示宏观物理基础原理理解现代技术核心知识课程概述课程目标掌握电磁学基本理论学习内容从电荷到电磁波全面覆盖考核方式平时作业30%，期中考试20%，期末考试50%第一章电磁学基础电荷与库仑力电场与电势探索物质最基本的电性特征理解电荷周围空间性质变化高斯定理掌握分析电场分布的数学工具电荷的基本性质

1.1正负电荷电荷守恒定律电荷量子化异性相吸，同性相斥孤立系统中总电荷不变电荷总是基本电荷的整数倍库仑定律

1.2库仑定律的数学表达式2F=k·|q₁·q₂|/r²点电荷间的相互作用1描述点电荷间力的大小和方向库仑常数3k=

8.99×10⁹N·m²/C²电场概念

1.3电场的定义电场强度电场线电荷周围空间的特殊状态单位正电荷所受电场力表示电场方向的曲线描述电荷对其他电荷的作用切线方向即电场方向E=F/q₀高斯定理

1.4数学表达式∮E·dS=Q/ε₀物理意义描述电场通量与封闭面内电荷量关系应用举例计算高对称电场问题电势和电势差

1.5电势的定义1单位电荷的电势能电势差与电场强度的关系2E=-∇V等势面3电势相等的点构成的面静电场的性质

1.6保守性场强环路积分为零环路定理∮E·dl=0叠加原理多电荷产生的合场第二章导体与电容导体静电平衡电荷分布规律静电屏蔽保护敏感设备电容器储存电荷的装置导体的静电平衡

2.1导体表面的电场分导体内部的电场电荷分布布静电平衡时内部电场为电荷只分布在导体表面垂直于导体表面零静电屏蔽

2.2静电屏蔽的原理法拉第笼实际应用外部电场被导体表面电荷抵消金属网罩屏蔽外部电场电子设备防电磁干扰电容器

2.3电容的定义平行板电容器存储电荷能力，C=Q/V C=ε₀εᵣS/d球形电容器C=4πε₀εᵣr₁r₂/r₂-r₁电容器的串并联

2.4串联电容器并联电容器等效电容的计算1/C总=1/C₁+1/C₂+...C总=C₁+C₂+...复杂连接可转化为串并联组合总电容小于最小单个电容总电容等于各电容之和网络分析方法电容器中的能量

2.51/2CV²能量公式系数储能公式电场能量计算中的常数U=1/2·C·V²₀εE²/2能量密度单位体积储存的能量第三章介质介质的极化

3.1极化强度2P=χₑε₀E极化的概念1电偶极矩定向排列束缚电荷介质表面出现的非自由电荷3电位移矢量

3.2电位移矢量的定义D=ε₀E+P与电场强度的关系D=ε₀εᵣE高斯定理应用∮D·dS=Qf电介质中的边界条件

3.3分量类型边界条件物理意义电场切向分量切向电场连续E₁t=E₂t电位移法向分量法向分量差等于面电D₁n-D₂n=σf荷密度介电常数

3.41802-6真空介电常数水的介电常数塑料材料参考基准值常温下约为80常用绝缘材料范围第四章恒定电流电流与电流密度描述电荷定向运动欧姆定律电流与电压的基本关系焦耳定律电能转化为热能基尔霍夫定律电路分析的基本法则电流和电流密度

4.1电流的定义电流密度矢量电流连续性方程单位时间通过截面的电荷量单位面积上的电流∇·J=-∂ρ/∂t描述电荷守恒I=dq/dt J=I/S欧姆定律

4.2微分形式J=σE宏观形式U=IR电阻率和电导率σ=1/ρ焦耳定律

4.3基尔霍夫定律

4.4电流定律（）电压定律（）KCL KVL任何节点流入电流等于流出电闭合回路电压降之和为零流电路分析应用网络分析的基础工具第五章磁场磁的本质磁场描述运动电荷产生磁场磁感应强度与磁场强度磁场作用对运动电荷和电流的作用磁场的基本概念

5.1磁场的定义磁感应强度磁力线电流和运动电荷周围的空间状态描述磁场强弱的物理量表示磁场方向的曲线对运动电荷产生力的区域单位特斯拉（T）闭合曲线，无起点终点毕奥萨伐尔定律

5.2-数学形式dB=μ₀/4π·I·dl×r/r³2定律的表述1电流元产生的磁场应用举例3计算各种形状电流的磁场安培环路定理

5.3定理的物理意义闭合曲线上的磁场环路积分等于穿过曲面的电流数学表达式∮B·dl=μ₀I与高斯定理的对比电场高斯定理的磁场对应形式磁场中的力

5.4安培力洛伦兹力磁力矩磁场对电流的作用力F=qv×Bτ=m×B磁通量和磁链

5.5磁通量的定义Φ=∫B·dS磁链的概念Ψ=NΦ应用变压器和电机设计磁场的叠加原理

5.6磁场叠加的方法与电场叠加的对比实际应用各源产生的磁场矢量和原理相同，都是矢量叠加复杂电流系统的磁场计算B总=B₁+B₂+...均基于场源的线性性质多线圈系统磁场分析第六章电磁感应法拉第定律磁通变化产生感应电动势动生电动势导体在磁场中运动感生电动势磁场随时间变化自感与互感线圈间的磁通关系法拉第电磁感应定律

6.1感应电动势ε=-dΦ/dt定律的表述感应电动势等于磁通变化率的负值楞次定律感应电流方向总是阻碍磁通变化动生电动势

6.2产生原理计算方法应用实例导体在磁场中切割磁力线发电机工作原理ε=Blv感生电动势

6.3产生原理与动生电动势的区别计算方法磁场随时间变化导体不需移动ε=-N·dΦ/dt静止导体中产生电动势磁场必须变化与匝数成正比自感和互感

6.4L M自感系数互感系数描述线圈自感能力描述线圈间磁耦合程度1/2LI²能量存储自感线圈储存的磁场能量涡流

6.5涡流的产生涡流的影响导体中磁通变化引起闭合电流焦耳热损耗和阻尼作用应用和抑制感应加热与铁芯叠片第七章麦克斯韦方程组位移电流

7.1位移电流的概念1变化电场产生的电流麦克斯韦的贡献2统一电磁理论的关键与传导电流的区别3无实际电荷移动麦克斯韦方程组（积分形式）

7.2高斯定律（电场）高斯定律（磁场）12∮E·dS=Q/ε₀∮B·dS=0法拉第电磁感应定律安培麦克斯韦定律34-∮E·dl=-dΦ/dt∮B·dl=μ₀I+μ₀ε₀dΦₑ/dt麦克斯韦方程组（微分形

7.3式）积分形式微分形式物理意义∮E·dS=Q/ε₀∇·E=ρ/ε₀电荷产生电场∮B·dS=0∇·B=0无磁单极子∮E·dl=-dΦ/dt∇×E=-∂B/∂t变化磁场产生电场∮B·dl=μ₀I+∇×B=μ₀J+电流和变化电场产生磁场μ₀ε₀dΦₑ/dtμ₀ε₀∂E/∂t边界条件

7.4电场的边界条件磁场的边界条件实际应用切向分量E₁t=E₂t切向分量H₁t-H₂t=Kf波导和谐振腔设计法向分量D₁n-D₂n=σf法向分量B₁n=B₂n电磁屏蔽效应分析坡印廷矢量

7.5能量流密度2单位时间通过单位面积的能量定义1S=E×H能量守恒描述电磁能量的传输和转换3第八章电磁波电磁波的产生加速电荷辐射电磁波电磁波的传播电场磁场互相激发传播电磁波的特性频率、波长和极化电磁波的产生

8.1电磁波的本质电场和磁场的联合振荡传播振荡电路产生震荡电流的基本电路天线辐射将电能转换为电磁波能量电磁波的传播

8.2波动方程∇²E=1/c²·∂²E/∂t²平面电磁波E⊥B⊥传播方向相速度和群速度v=c/√εᵣμᵣ电磁波的能量

8.3₀₀εE²/2B²/2μS/c电场能量密度磁场能量密度辐射压强电场部分储存的能量磁场部分储存的能量电磁波对物体的压力电磁波谱

8.4电磁波的极化

8.5线偏振圆偏振椭圆偏振电场矢量在固定方向振动电场矢量做圆周运动电场矢量做椭圆运动第九章电磁学在工程中的应用电动机和发电机能量转换的电磁应用变压器电压变换与能量传输电磁通信信息传输的电磁技术电磁兼容消除电磁干扰技术电动机和发电机

9.1结构设计定子和转子的磁场相互作用工作原理基于电磁感应和安培力效率分析各类损耗及优化方法变压器

9.2变压器的原理基于电磁感应产生互感效应理想变压器无损耗情况下的理论分析损耗和效率铁损、铜损和额外损耗电磁波通信

9.3无线通信原理利用电磁波传递信息调制和解调信号处理的基本技术天线设计辐射和接收电磁波电磁兼容性

9.4的概念干扰源和敏感设备EMC设备在电磁环境中正常工作的识别和分类电磁干扰问题能力屏蔽和接地技术减少电磁干扰的关键方法医学应用

9.5核磁共振成像（）电磁疗法生物电磁效应MRI基于强磁场下原子核共振现象利用电磁场治疗某些疾病电磁场对生物体的影响研究无创成像人体内部组织结构促进组织愈合与神经刺激安全标准与防护措施新能源技术

9.6无线充电电磁制动磁悬浮技术基于电磁感应的能量传输无接触制动系统利用磁斥力实现悬浮运行课程总结知识点回顾从电荷到电磁波的完整理论体系重要概念梳理电场、磁场、电磁感应、电磁波学习方法建议结合公式推导与物理概念理解进阶学习方向量子电动力学微观尺度上的电磁理论电动力学相对论性电磁理论计算电磁学电磁场数值模拟与分析结语与致谢课程回顾学习建议答疑方式电磁学奠定物理学理论理论与实践相结合课后答疑时间周三下基础午3-5点。