《電磁學(xué)》第0章-第0.1節(jié)-緒論1學(xué)時(shí)

1、華僑大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院Email：zllin@hqu.edu.cn,林志立,《電磁學(xué)》緒論,QQ群：200310752,緒論,《電磁學(xué)》的研究對(duì)象和基本內(nèi)容《電磁學(xué)》的地位與應(yīng)用《電磁學(xué)》發(fā)展簡史《電磁學(xué)》課程簡介和考核方式,1、《電磁學(xué)》的研究對(duì)象和基本內(nèi)容,電荷、電流產(chǎn)生電場、磁場的規(guī)律；電場、磁場對(duì)電荷、電流的作用；物質(zhì)的電磁特性；電路；電磁場與物質(zhì)的相互作用；電場和磁場的相互關(guān)系；電磁波。,研究對(duì)象：,基本內(nèi)容:,靜

2、電場；靜電場中的物質(zhì)；恒定電流；恒定磁場；電磁感應(yīng)；磁介質(zhì)；交流電；電磁場與電磁波。,本課程內(nèi)容共分9章：0 矢量代數(shù)與分析 ；1 靜電場；2 靜電場中的導(dǎo)體的電介質(zhì)；3 恒定電流；4 恒定磁場；5 電磁感應(yīng)和暫態(tài)過程；6 磁介質(zhì)；7交流電；8 麥克斯韋電磁理論。 按性質(zhì)來分，主要有“場”和“路”兩部分。書中的第1、2、4、5、6、8章屬于前者，第3、7章屬于后者。,2、《電磁學(xué)》的地位和應(yīng)用,電器電路，通訊（雷達(dá)

3、、衛(wèi)星、無線、手機(jī)）器件，隱身飛機(jī)，生物醫(yī)學(xué)，信息存儲(chǔ)，等等,2、《電磁學(xué)》的地位和應(yīng)用,一. 電磁爐 采用磁場感應(yīng)電流（又稱為渦流）的加熱原理，電磁爐是通過電子線路板組成部分產(chǎn)生交變磁場、當(dāng)用含鐵質(zhì)鍋具底部放置爐面時(shí)，鍋具即切割交變磁力線而在鍋具底部金屬部分產(chǎn)生交變的電流（即渦流），渦流使鍋具鐵分子高速無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，分子互相碰撞、摩擦而產(chǎn)生熱能（故：電磁爐煮食的熱源來自于鍋具底部而不是電磁爐本身發(fā)熱傳導(dǎo)給鍋具，所以熱效率要

4、比所有炊具的效率均高出近1倍）使器具本身自行高速發(fā)熱，用來加熱和烹飪食物，從而達(dá)到煮食的目的。,電磁學(xué)知識(shí)在我們生活中的應(yīng)用舉例：,2、《電磁學(xué)》的地位和應(yīng)用,二、微波爐微波爐的基本結(jié)構(gòu)一般由爐腔、爐門、電氣電路、定時(shí)器、功率分配器、聯(lián)鎖微動(dòng)開關(guān)和熱斷路器等七部分組成。微波爐實(shí)際上就是一臺(tái)微波發(fā)生器, 它產(chǎn)生的微波頻率是2450兆赫（每秒鐘振蕩24.5億次）。這種微波有一個(gè)非常有趣的習(xí)性，遇到像肉類、禽蛋、蔬菜這些飽含水分的食物，微波

5、會(huì)“留駐”下來，并且“拖住”食物中的水分子和它一起以相同的頻率振蕩，引起分子與分子之間互相摩擦，摩擦能夠產(chǎn)生熱量。振蕩頻率越高，振幅越大，分子間摩擦越劇烈，產(chǎn)生的熱量自然越多。,2、《電磁學(xué)》的地位和應(yīng)用,三、藍(lán)牙技術(shù) 隨著通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)達(dá)，各種通信電纜五花八門，不但辦公室中電纜無處不在，家用設(shè)備的發(fā)展也使居室成了電纜的世界。人們在覺得它們必不可少的同時(shí)，又傷透了腦筋，如電纜使用不便，連線頻出故障，各種電纜之間無法通用。電纜

6、成為現(xiàn)代通信中的美中不足。 為了取消連線，以較低成本實(shí)現(xiàn)各設(shè)備間的無線通信，誕生了藍(lán)牙(Bluetooth）技術(shù)。藍(lán)牙是一種支持設(shè)備短距離通信（一般10m內(nèi)）的無線電技術(shù)。能在包括移動(dòng)電話、PDA、無線耳機(jī)、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進(jìn)行無線信息交換。,藍(lán)牙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,2、《電磁學(xué)》的地位和應(yīng)用,四、磁懸浮列車 磁懸浮列車是一種靠磁懸浮力（即磁的吸力和排斥力）來推動(dòng)的列車。由于其軌道的磁力使之懸浮在空

7、中，行走時(shí)不需接觸地面，因此其阻力只有空氣的阻力。磁懸浮列車的最高速度可以達(dá)每小時(shí)500公里以上。 磁浮是基于3個(gè)基本原理。第一個(gè)原理是當(dāng)靠近金屬的磁場改變，金屬上的電子會(huì)移動(dòng)，并且產(chǎn)生電流。第二個(gè)原理就是電流的磁效應(yīng)。當(dāng)電流在電線或一塊金屬中流動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁場。通電的線圈就成了一塊磁鐵。磁浮的第三個(gè)原理我們就再熟悉不過了，磁鐵間會(huì)彼此作用，同極性相斥，異極性相吸。,3、《電磁學(xué)》的發(fā)展簡史,時(shí)間

8、 大事 發(fā)現(xiàn)人 公元前七世紀(jì) 發(fā)現(xiàn)磁石 管子(中國) (泰勒斯 希臘) 公元前二世紀(jì) 靜電吸引 西漢初年不詳 1600年 《地磁論》論述磁并導(dǎo)入“電的” (吉爾伯特 英國)1745年 萊頓瓶，電容器的原形，存貯電 (穆欣布羅克荷蘭萊頓) (克萊斯特德國) 1747年 電荷守恒定律 （正，負(fù)電的引入）(富蘭克林 美國) 1754年 避雷針 （電的實(shí)際應(yīng)用） (狄維施) 178

9、5年 庫侖定律 電磁學(xué)進(jìn)入科學(xué)行列 (庫侖 法國) 1799年 發(fā)明電池 提供較長時(shí)間的電流 (伏打 意大利) 1820年 電流的磁效應(yīng)（電產(chǎn)生磁） (奧斯特丹麥)(安培 法國) (畢奧，薩伐爾) 1826年 歐姆定律 (歐姆) 1831年 電磁感應(yīng)現(xiàn)象（磁產(chǎn)生電）(法拉第 英國) 1834年 楞次定律 楞次 1865年 麥克斯韋方程組建立了電磁學(xué)理論，預(yù)言了電磁波 (麥克斯韋) 1888年

10、 實(shí)驗(yàn)證實(shí)電磁波存在 (赫茲 德國) 1896年 光速公式 (洛侖茲),3、《電磁學(xué)》的發(fā)展簡史,(1)人類對(duì)于電磁現(xiàn)象表面性質(zhì)的認(rèn)識(shí) 公元前585年，希臘哲學(xué)家泰勒斯(Thales)已記載了用木塊摩擦過的琥珀吸引碎草等輕小物體，以及天然磁礦石吸引鐵的現(xiàn)象。 磁石可以吸引一串鐵片、具有磁極、相同磁極相排斥、弱磁可被強(qiáng)磁改變磁極、磁石制成羅盤用于航海。這一相當(dāng)長時(shí)間琥珀與磁石的性質(zhì)被看成是其固有的性質(zhì)。

11、 春秋戰(zhàn)國時(shí)期（公元前770-221年），已有“山上有慈石者，其下有銅金”，“慈石名鐵，或引之也”等磁石吸鐵的記載。 東漢已有指南針的前身司南勺。在北宋時(shí)，已有利用地磁場進(jìn)行人工磁化制作指南魚或用磁石磨針制作指南針，并用于航海.,司南勺實(shí)際上就是一塊磁石,勺柄是S極,指向地磁北極,也就是地理南極。,3、《電磁學(xué)》的發(fā)展簡史,(2) 人類對(duì)于電磁現(xiàn)象本質(zhì)的認(rèn)識(shí) 1600年，英國的吉爾伯特的《磁石論》

12、對(duì)于磁石的各種基本性質(zhì)作了系統(tǒng)的定性描述。把經(jīng)摩擦的琥珀等能吸引輕小物體的性質(zhì)稱為“電的”（electric)。他制作了第一只驗(yàn)電器。 大約在1660年馬得堡的蓋利克發(fā)明了第一臺(tái)摩擦起電機(jī)。在靜電實(shí)驗(yàn)研究中起著重要作用，直到十九世紀(jì)霍耳茲和特普勒分別發(fā)明感應(yīng)起電機(jī)后才被取代。 十八世紀(jì)關(guān)于電的研究迅速發(fā)展起來。 ①1729年英國的格雷研究琥珀的電效應(yīng)是否可傳遞給其它物體時(shí)，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體和絕緣體的

13、區(qū)別。 1733年法國的杜費(fèi)把電區(qū)分為“玻璃的”和“樹脂的”兩種，他得到：帶相同電的物體互相排斥，帶不同電的物體彼此吸引。他把電想象為二元流體，當(dāng)它們結(jié)合在一起時(shí)，彼此中和。,3、《電磁學(xué)》的發(fā)展簡史,②1745年荷蘭萊頓的穆欣布羅克為了避免電在空氣中逐漸消失，試圖尋找一種保存電的方法。從而發(fā)明了電容器的原形—萊頓瓶。③1747年美國的富蘭克林認(rèn)為，在正常條件下電是以一定的量存在于所有物體中的一種元素；電象流體一樣可以流

14、動(dòng)。這種電的一元流體理論在今天看來并不正確，但他使用的正電和負(fù)電的術(shù)語至今仍被采用。 他最著名的實(shí)驗(yàn)是風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)。他觀察到導(dǎo)體的尖端易于放電等等。他還建議用避雷針來防護(hù)建筑物免遭雷擊。1754年首先由狄維施實(shí)現(xiàn)，這是迄今所知的電的第一個(gè)實(shí)際應(yīng)用。,3、《電磁學(xué)》的發(fā)展簡史,十八世紀(jì)后期，開始電荷相互作用的定量研究。 ①1766年普里斯特利由實(shí)驗(yàn)猜測電力與萬有引力有相似的平方反比律； ②1769年羅

15、賓遜由實(shí)驗(yàn)第一次直接測定得到驗(yàn)證； ③1773年卡文迪許由實(shí)驗(yàn)推出方次與2相差不超過2%，1879年由麥克斯韋整理公諸于世。 ④1785年庫侖由“庫侖扭秤”直接測定了兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷的作用力的庫侖定律。從此電學(xué)的研究開始進(jìn)入科學(xué)行列。 ⑤1811年泊松把勢論用于靜電學(xué)，發(fā)展了靜電學(xué)的解析理論。,庫侖扭秤,3、《電磁學(xué)》的發(fā)展簡史,十八世紀(jì)后期電學(xué)的另一個(gè)重大發(fā)展是⑴意大利物理學(xué)家伏打發(fā)明伏打電池（17

16、99年）。 ① 1800年尼科耳森和卡萊色耳用低壓電流分解水； ②1807年戴維電解得到多種金屬，1811年制成碳極電弧燈； ③1839年卡爾?雅可比和西門子發(fā)展了電鍍業(yè)；⑵1820年丹麥自然哲學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，開拓了電學(xué)研究的新紀(jì)元。,伏打電池,3、《電磁學(xué)》的發(fā)展簡史,⑶ 安培、畢奧和薩伐爾對(duì)載流導(dǎo)線進(jìn)行了研究。⑷電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)打開了電應(yīng)用的新領(lǐng)域。 ①1825年斯圖金發(fā)明了電磁鐵；

17、 ②1833年高斯和韋伯制造了第一臺(tái)簡陋的單線電報(bào)機(jī)； ③1837年惠斯通和莫爾斯獨(dú)立地發(fā)明了電報(bào)機(jī)；莫爾斯還發(fā)明了一套電碼；④1855年威廉·湯姆孫解決了水下電纜傳輸慢的問題，1866年大西洋電纜鋪設(shè)成功； ⑤1876年美國的貝爾發(fā)明了電話機(jī)； ⑥1826年安培研究電路得出安培定律； ⑦1848年基爾霍夫澄清了電位差、電動(dòng)勢、電場強(qiáng)度等概念，并解決了分支電路問題。⑸1831年法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律，其方

18、向由楞次于1834年給出；其數(shù)學(xué)公式由諾埃曼于1845年給出。,3、《電磁學(xué)》的發(fā)展簡史,⑹諾埃曼于1845年制出第一臺(tái)發(fā)電機(jī)；1821年發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)原理，并制成最初的電動(dòng)機(jī)；1833年成功地證明了摩擦起電和伏打電池產(chǎn)生的電相同；1834年發(fā)現(xiàn)電解定律；1845年發(fā)現(xiàn)磁光效應(yīng)。⑺麥克斯韋接受了法拉第力線的思想，他認(rèn)為的磁場在其周圍空間激發(fā)渦旋電場，并引入“位移電流”的概念，變化電場引起媒質(zhì)電位移的變化，電位移的變化在其周圍空間激發(fā)渦旋

19、磁場。并用數(shù)學(xué)公式表示出來，從而得到了今天以他的姓氏命名的電磁場的普遍方程組——麥克斯韋方程組，預(yù)言光是電磁波，并由赫茲于1888年在實(shí)驗(yàn)中證實(shí)。⑻麥克斯韋電磁理論開辟了一個(gè)全新領(lǐng)域——電磁波的應(yīng)用和研究。 ①1895年波波夫和馬可尼分別實(shí)現(xiàn)了無線電信號(hào)傳輸； ②1901年馬可尼建立了橫跨大西洋的無線電聯(lián)系； ③1904年弗萊明發(fā)明了電子管，1906年福雷斯特將其用于線路中； ④1896年洛侖茲提出“

20、電子論”將麥克斯韋方程組應(yīng)用到微觀領(lǐng)域，將麥克斯韋電磁理論向前推進(jìn)了一步；,3、《電磁學(xué)》的發(fā)展簡史,⑤1905年愛因斯坦引入狹義相對(duì)論，由洛侖茲變換從電場得到磁場，使電和磁得到統(tǒng)一。 至此，電磁學(xué)已發(fā)展成為經(jīng)典物理學(xué)中相當(dāng)完善的一個(gè)分支?？梢越忉尯暧^領(lǐng)域內(nèi)的各種電磁現(xiàn)象。,4、《電磁學(xué)》課程簡介和考核方式,,課程性質(zhì)、任務(wù)和目的,本課程屬于物理學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課，是物理學(xué)的一個(gè)重要分支，是所有理工科課程的基礎(chǔ)。本課程以經(jīng)典力學(xué)為基礎(chǔ)

21、，以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為依據(jù)，采用矢量代數(shù)和矢量分析方法，以場的觀點(diǎn)，去研究電磁場與帶電粒子的相互作用基本規(guī)律和在生產(chǎn)實(shí)踐中的一些應(yīng)用。 通過本門課程的教學(xué)，要求學(xué)生能夠了解電磁學(xué)發(fā)展史上的某些重大發(fā)現(xiàn)和發(fā)明過程中的物理現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)方法，能分析和解決電磁學(xué)最基本的電磁學(xué)問題，系統(tǒng)地掌握電磁學(xué)運(yùn)動(dòng)的基本現(xiàn)象、基本概念和基本規(guī)律，明確電磁學(xué)知識(shí)在現(xiàn)代物理學(xué)中的應(yīng)用，為后續(xù)課程奠定必要的基礎(chǔ)。 本課程將通過課堂講授、習(xí)題課和

22、課堂討論等教學(xué)方式，闡明電磁學(xué)的基本概念、規(guī)律和研究方法，并結(jié)合科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)際穿插介紹電磁學(xué)的最新研究成果及應(yīng)用實(shí)例，以達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目的。,4、《電磁學(xué)》課程簡介和考核方式,,教學(xué)學(xué)時(shí)分配,4、《電磁學(xué)》課程簡介和考核方式,,本課程考核方式為考試（閉卷），成績評(píng)定采用百分制。本課程成績采用期末考試與平時(shí)成績相結(jié)合的方式進(jìn)行綜合評(píng)定。 最終課程成績由以下二個(gè)部分組成：第一部分：期末考試成績占總成績的70％；第二部分

23、：出勤率、作業(yè)成績及期中考占總成績的30％。,考核方式,推薦教材和教學(xué)參考書教 材：《電磁學(xué)》，趙凱華、陳熙謀編著，高等教育出版社，第三版。參考書：《電磁學(xué)》，梁燦彬等編著，高等教育出版社，第二版?！禘lectromagnetism》，G. L. Pollack編著，高等教育出版社，影印版。,作業(yè)要求 ① 思考題全做，不交作業(yè) ② 作業(yè)要求： (a)獨(dú)立完成;(b)清晰、必要的步驟 ；(c)及時(shí)完成 !