大学物理电磁学.pdfVIP

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大学物理电磁学是物理学的一个重要分

支,主要研究电磁现象的规律和本质。电磁

学在科学技术、工业生产和日常生活中都有

着广泛的应用。本文将从电磁学的基本概

念、基本定律和电磁波的传播等方面对大学

物理电磁学进行介绍。

一、基本概念

1.电荷:电荷是物质的一种属性,分为正电荷和负电荷。电荷

间的相互作用规律是:同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。

2.电场:电场是电荷及变化磁场周围空间里存在的一种特殊物

质,它对放入其中的电荷有作用力。电场的强度用电场强度E表

示,单位是牛/库仑。

3.磁场:磁场是磁体周围空间里存在的一种特殊物质,它对放

入其中的磁体有作用力。磁场的强度用磁感应强度B表示,单位是

特斯拉。

4.电磁波:电磁波是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空

间中以波的形式移动,其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面,

有效的传递能量。电磁波在真空传播速度与光速一样,速度为30万

千米/秒。

二、基本定律

1.库仑定律:库仑定律是描述电荷之间相互作用的定律,其内

容为:真空中两点电荷间的作用力与它们的电荷量的乘积成正比,

与它们的距离的平方成反比,作用力在它们的连线上。

2.安培定律:安培定律是描述电流和电流激发磁场的定律,其

内容为:电流I1通过一条无限长直导线时,在距离导线r处产生的

磁场强度H1与I1成正比,与r成反比,即H1与I1r成反比。磁场

方向垂直于电流方向和通过点的平面。

3.法拉第电磁感应定律:法拉第电磁感应定律是描述磁场变化

引起电场变化的定律,其内容为:穿过电路的磁通量发生变化时,

产生感应电动势。感应电动势的大小与磁通量变化率成正比,与电

路的匝数成正比。

4.麦克斯韦方程组:麦克斯韦方程组是描述电磁场分布和电磁

波传播的四个偏微分方程,包括库仑定律、法拉第电磁感应定律、

安培定律和位移电流定律。

三、电磁波的传播

1.电磁波的发射:电磁波的产生通常是通过振荡电路实现的。

当振荡电路中的电场和磁场相互垂直且同相振荡时,电磁波便会产

生并向外传播。

2.电磁波的传播:电磁波在真空中的传播速度为光速,与频率

无关。电磁波在介质中的传播速度小于光速,与介质的折射率有

关。

3.电磁波的接收:电磁波的接收通常是通过天线实现的。天线

接收到电磁波后,将电磁波转化为电信号,经过放大、滤波等处理

后,恢复出原始信息。

四、应用与发展

电磁学在科学技术、工业生产和日常生活中有着广泛的应用。

例如,无线电通信、电视、雷达、方式、卫星通信等都是基于电磁

波传播原理的应用。电磁学在电力系统、电子技术、自动化控制等

领域也有着重要的应用。

随着科学技术的不断发展,电磁学的研究也在不断深入。当前

电磁学研究的热点问题包括:电磁波与物质的相互作用、电磁波传

播的控制与调控、新型电磁波器件的设计与制备等。未来电磁学的

研究将继续为人类社会的发展做出贡献。

总之,大学物理电磁学是物理学的一个重要分支,涉及基本概

念、基本定律、电磁波的传播等多个方面。电磁学在科学技术、工

业生产和日常生活中都有着广泛的应用,具有重要的研究价值和实

际意义。

在上述内容中,麦克斯韦方程组是电磁学中最为核心和基础的

理论,因此需要重点关注。麦克斯韦方程组是一组描述电磁场如何

随时间和空间变化以及如何与电荷和电流相互作用的偏微分方程。

这组方程由詹姆斯·克拉克·麦克斯韦在19世纪中叶提出,是电磁学

的基础,也是整个经典物理学中最重要的方程之一。

麦克斯韦方程组共有四个方程,分别是:

1.高斯定律(电场):这个定律描述了电场的发散性,即电荷

产生电场的方式。它表明电场的发散量(电场线从闭合曲面流出的

数量)与该闭合曲面内的总电荷量成正比。数学表达式为:

其中,其中,是电场强度,是电场强度,是电荷密度,是电荷密度,

是真空的电容率。

2.高斯定律(磁场):这个定律说明磁场线是闭合的,没有所

谓的磁单极子。数学表达式为:

其中,其中,是磁感应强度。

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