《电磁学》第0章 第0.1节 绪论(1学时)ppt课件

华侨大学信息科学与工程学院Email：zllin,林志立,电磁学绪论,QQ群：200310752,绪论,电磁学的研究对象和基本内容电磁学的地位与应用电磁学发展简史电磁学课程简介和考核方式,1、电磁学的研究对象和基本内容,电荷、电流产生电场、磁场的规律；电场、磁场对电荷、电流的作用；物质的电磁特性；电路；电磁场与物质的相互作用；电场和磁场的相互关系；电磁波。,研究对象：,基本内容:,静电场；静电场中的物质；恒定电流；恒定磁场；电磁感应；磁介质；交流电；电磁场与电磁波。,本课程内容共分9章：0矢量代数与分析；1静电场；2静电场中的导体的电介质；3恒定电流；4恒定磁场；5电磁感应和暂态过程；6磁介质；7交流电；8麦克斯韦电磁理论。按性质来分，主要有“场”和“路”两部分。书中的第1、2、4、5、6、8章属于前者，第3、7章属于后者。,2、电磁学的地位和应用,电器电路，通讯（雷达、卫星、无线、手机）器件，隐身飞机，生物医学，信息存储，等等,2、电磁学的地位和应用,一.电磁炉采用磁场感应电流（又称为涡流）的加热原理，电磁炉是通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质锅具底部放置炉面时，锅具即切割交变磁力线而在锅具底部金属部分产生交变的电流（即涡流），涡流使锅具铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能（故：电磁炉煮食的热源来自于锅具底部而不是电磁炉本身发热传导给锅具，所以热效率要比所有炊具的效率均高出近1倍）使器具本身自行高速发热，用来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的。,电磁学知识在我们生活中的应用举例：,2、电磁学的地位和应用,二、微波炉微波炉的基本结构一般由炉腔、炉门、电气电路、定时器、功率分配器、联锁微动开关和热断路器等七部分组成。微波炉实际上就是一台微波发生器,它产生的微波频率是2450兆赫（每秒钟振荡24.5亿次）。这种微波有一个非常有趣的习性，遇到像肉类、禽蛋、蔬菜这些饱含水分的食物，微波会“留驻”下来，并且“拖住”食物中的水分子和它一起以相同的频率振荡，引起分子与分子之间互相摩擦，摩擦能够产生热量。振荡频率越高，振幅越大，分子间摩擦越剧烈，产生的热量自然越多。,2、电磁学的地位和应用,三、蓝牙技术随着通信网络的发达，各种通信电缆五花八门，不但办公室中电缆无处不在，家用设备的发展也使居室成了电缆的世界。人们在觉得它们必不可少的同时，又伤透了脑筋，如电缆使用不便，连线频出故障，各种电缆之间无法通用。电缆成为现代通信中的美中不足。为了取消连线，以较低成本实现各设备间的无线通信，诞生了蓝牙(Bluetooth）技术。蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。,蓝牙系统结构图,2、电磁学的地位和应用,四、磁悬浮列车磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力（即磁的吸力和排斥力）来推动的列车。由于其轨道的磁力使之悬浮在空中，行走时不需接触地面，因此其阻力只有空气的阻力。磁悬浮列车的最高速度可以达每小时500公里以上。磁浮是基于3个基本原理。第一个原理是当靠近金属的磁场改变，金属上的电子会移动，并且产生电流。第二个原理就是电流的磁效应。当电流在电线或一块金属中流动时，会产生磁场。通电的线圈就成了一块磁铁。磁浮的第三个原理我们就再熟悉不过了，磁铁间会彼此作用，同极性相斥，异极性相吸。,3、电磁学的发展简史,时间大事发现人公元前七世纪发现磁石管子(中国)(泰勒斯希腊)公元前二世纪静电吸引西汉初年不详1600年地磁论论述磁并导入“电的”(吉尔伯特英国)1745年莱顿瓶，电容器的原形，存贮电(穆欣布罗克荷兰莱顿)(克莱斯特德国)1747年电荷守恒定律（正，负电的引入）(富兰克林美国)1754年避雷针（电的实际应用）(狄维施)1785年库仑定律电磁学进入科学行列(库仑法国)1799年发明电池提供较长时间的电流(伏打意大利)1820年电流的磁效应（电产生磁）(奥斯特丹麦)(安培法国)(毕奥，萨伐尔)1826年欧姆定律(欧姆)1831年电磁感应现象（磁产生电）(法拉第英国)1834年楞次定律楞次1865年麦克斯韦方程组建立了电磁学理论，预言了电磁波(麦克斯韦)1888年实验证实电磁波存在(赫兹德国)1896年光速公式(洛仑兹),3、电磁学的发展简史,(1)人类对于电磁现象表面性质的认识公元前585年，希腊哲学家泰勒斯(Thales)已记载了用木块摩擦过的琥珀吸引碎草等轻小物体，以及天然磁矿石吸引铁的现象。磁石可以吸引一串铁片、具有磁极、相同磁极相排斥、弱磁可被强磁改变磁极、磁石制成罗盘用于航海。这一相当长时间琥珀与磁石的性质被看成是其固有的性质。春秋战国时期（公元前770-221年），已有“山上有慈石者，其下有铜金”，“慈石名铁，或引之也”等磁石吸铁的记载。东汉已有指南针的前身司南勺。在北宋时，已有利用地磁场进行人工磁化制作指南鱼或用磁石磨针制作指南针，并用于航海.,司南勺实际上就是一块磁石,勺柄是S极,指向地磁北极,也就是地理南极。,3、电磁学的发展简史,(2)人类对于电磁现象本质的认识1600年，英国的吉尔伯特的磁石论对于磁石的各种基本性质作了系统的定性描述。把经摩擦的琥珀等能吸引轻小物体的性质称为“电的”（electric)。他制作了第一只验电器。大约在1660年马得堡的盖利克发明了第一台摩擦起电机。在静电实验研究中起着重要作用，直到十九世纪霍耳兹和特普勒分别发明感应起电机后才被取代。十八世纪关于电的研究迅速发展起来。1729年英国的格雷研究琥珀的电效应是否可传递给其它物体时，发现导体和绝缘体的区别。1733年法国的杜费把电区分为“玻璃的”和“树脂的”两种，他得到：带相同电的物体互相排斥，带不同电的物体彼此吸引。他把电想象为二元流体，当它们结合在一起时，彼此中和。,3、电磁学的发展简史,1745年荷兰莱顿的穆欣布罗克为了避免电在空气中逐渐消失，试图寻找一种保存电的方法。从而发明了电容器的原形莱顿瓶。1747年美国的富兰克林认为，在正常条件下电是以一定的量存在于所有物体中的一种元素；电象流体一样可以流动。这种电的一元流体理论在今天看来并不正确，但他使用的正电和负电的术语至今仍被采用。他最著名的实验是风筝实验。他观察到导体的尖端易于放电等等。他还建议用避雷针来防护建筑物免遭雷击。1754年首先由狄维施实现，这是迄今所知的电的第一个实际应用。,3、电磁学的发展简史,十八世纪后期，开始电荷相互作用的定量研究。1766年普里斯特利由实验猜测电力与万有引力有相似的平方反比律；1769年罗宾逊由实验第一次直接测定得到验证；1773年卡文迪许由实验推出方次与2相差不超过2%，1879年由麦克斯韦整理公诸于世。1785年库仑由“库仑扭秤”直接测定了两个静止点电荷的作用力的库仑定律。从此电学的研究开始进入科学行列。1811年泊松把势论用于静电学，发展了静电学的解析理论。,库仑扭秤,3、电磁学的发展简史,十八世纪后期电学的另一个重大发展是意大利物理学家伏打发明伏打电池（1799年）。1800年尼科耳森和卡莱色耳用低压电流分解水；1807年戴维电解得到多种金属，1811年制成碳极电弧灯；1839年卡尔雅可比和西门子发展了电镀业；1820年丹麦自然哲学家奥斯特发现了电流的磁效应，开拓了电学研究的新纪元。,伏打电池,3、电磁学的发展简史,安培、毕奥和萨伐尔对载流导线进行了研究。电流磁效应的发现打开了电应用的新领域。1825年斯图金发明了电磁铁；1833年高斯和韦伯制造了第一台简陋的单线电报机；1837年惠斯通和莫尔斯独立地发明了电报机；莫尔斯还发明了一套电码；1855年威廉汤姆孙解决了水下电缆传输慢的问题，1866年大西洋电缆铺设成功；1876年美国的贝尔发明了电话机；1826年安培研究电路得出安培定律；1848年基尔霍夫澄清了电位差、电动势、电场强度等概念，并解决了分支电路问题。1831年法拉第发现了电磁感应定律，其方向由楞次于1834年给出；其数学公式由诺埃曼于1845年给出。,3、电磁学的发展简史,诺埃曼于1845年制出第一台发电机；1821年发现电动机原理，并制成最初的电动机；1833年成功地证明了摩擦起电和伏打电池产生的电相同；1834年发现电解定律；1845年发现磁光效应。麦克斯韦接受了法拉第力线的思想，他认为的磁场在其周围空间激发涡旋电场，并引入“位移电流”的概念，变化电场引起媒质电位移的变化，电位移的变化在其周围空间激发涡旋磁场。并用数学公式表示出来，从而得到了今天以他的姓氏命名的电磁场的普遍方程组麦克斯韦方程组，预言光是电磁波，并由赫兹于1888年在实验中证实。麦克斯韦电磁理论开辟了一个全新领域电磁波的应用和研究。1895年波波夫和马可尼分别实现了无线电信号传输；1901年马可尼建立了横跨大西洋的无线电联系；1904年弗莱明发明了电子管，1906年福雷斯特将其用于线路中；1896年洛仑兹提出“电子论”将麦克斯韦方程组应用到微观领域，将麦克斯韦电磁理论向前推进了一步；,3、电磁学的发展简史,1905年爱因斯坦引入狭义相对论，由洛仑兹变换从电场得到磁场，使电和磁得到统一。至此，电磁学已发展成为经典物理学中相当完善的一个分支。可以解释宏观领域内的各种电磁现象。,4、电磁学课程简介和考核方式,课程性质、任务和目的,本课程属于物理学专业基础课，是物理学的一个重要分支，是所有理工科课程的基础。本课程以经典力学为基础，以实验事实为依据，采用矢量代数和矢量分析方法，以场的观点，去研究电磁场与带电粒子的相互作用基本规律和在生产实践中的一些应用。通过本门课程的教学，要求学生能够了解电磁学发展史上的某些重大发现和发明过程中的物理现象和实验方法，能分析和解决电磁学最基本的电磁学问题，系统地掌握电磁学运动的基本现象、基本概念和基本规律，明确电磁学知识在现代物理学中的应用，为后续课程奠定必要的基础。本课程将通过课堂讲授、习题课和课堂讨论等教学方式，阐明电磁学的基本概念、规律和研究方法，并结合科学研究和生产实际穿插介绍电磁学的最新研究成果及应用实例，以达到预期的教学目的。,4、电磁学课程简介和考核方式,教学学时分配,4、电磁学课程简介和考核方式,本课程考核方式为考试（闭卷），成绩评定采用百分制。本课程成绩采用期末考试与平时成绩相结合的方式进行综合评定。最终课程成绩由以下二个部分组成：第一部分：期末考试成绩占总成绩的70；第二部分：出勤率、作业成绩及期中考占总成绩的30。,考核方式,推荐教材和教学参考书教材：电磁学，赵凯华、陈熙谋编著，高等教育出版社，第三版。参考书：电磁学，梁灿彬等编著，高等教育出版社，第二版。Electromagne