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電磁學的研究方法

發布時間:2023-01-16 15:59:52

❶ 電磁學的物理簡介

電磁學是研究電和磁的相互作用現象,及其規律和應用的物理學分支學科。根據近代物理學的觀點,磁的現象是由運動電荷所產生的,因而在電學的范圍內必然不同程度地包含磁學的內容。所以,電磁學和電學的內容很難截然劃分,而「電學」有時也就作為「電磁學」的簡稱
電磁學從原來互相獨立的兩門科學(電學、磁學)發展成為物理學中一個完整的分支學科,主要是基於兩個重要的實驗發現,即電流的磁效應和變化的磁場的電效應。這兩個實驗現象,加上麥克斯韋關於變化電場產生磁場的假設,奠定了電磁學的整個理論體系,發展了對現代文明起重大影響的電工和電子技術。
導線所載有的電流,會在四周產生磁場,其磁場線是以同心圓圖案環繞著導線的四周。
使用電流表可以直接地測量電流。但這方法的缺點是必須切斷電路,將電流表置入電路中間。間接地測量伴電流四周的磁場,也可以測量出電流強度。優點是,不需要切斷電路。應用這方法來測量電流的儀器有霍爾效應感測器、電流鉗(current clamp) ,變流器(current transformer) 、 Rogowski coil 等等。
電子的發現,使電磁學和原子與物質結構的理論結合了起來,洛倫茲的電子論把物質的宏觀電磁性質歸結為原子中電子的效應,統一地解釋了電、磁、光現象。
電磁學是物理學的一個分支。電學與磁學領域有著緊密關系,廣義的電磁學可以說是包含電學和磁學,但狹義來說是一門探討電性與磁性交互關系的學科。 主要研究電磁波,電磁場以及有關電荷,帶電物體的動力學等等。

❷ 電磁場的研究過程

(一)電磁感應定律
繼法拉第電磁感應定律之後,J.C.麥克斯韋提出了位移電流概念。電位移來源於電介質中的帶電粒子在電場中受到電場力的作用。這些帶電粒子雖然不能自由流動,但要發生原子尺度上的微小位移。麥克斯韋將這個名詞推廣到真空中的電場,並且認為;電位移隨時間變化也要產生磁場,因而稱一面積上電通量的時間變化率為位移電流,而電位移矢量D的時間導數(即дD/дt)為位移電流密度。它在安 培環路定律中,除傳導電流之外補充了位移電流的作用,從而總結出完整的電磁方程組,即著名的麥克斯韋方程組,描述了電磁場的分布變化規律。
(二)麥克斯韋方程
電磁輻射麥克斯韋方程表明,不僅磁場的變化要產生電場,而且電場的變化也要產生磁場。時變場在這種相互作用下,產生電磁輻射,即為電磁波。這種電磁波從場源處以光速向周圍傳播,在空間各處按照距場源的遠近有相應的時間滯後現象。電磁波還有一個重要特點,它的場矢量中有與場源至觀察點間的距離成反比的分量。這些 分量在空間傳播時的衰減遠較恆定場為小。按照坡印廷定理,電磁波在傳播中攜有能量,可以作為信息的載體。這就為無線電通信、廣播、電視、遙感等技術開闊了道路。似穩電磁場時變場中不同於靜態場的上述一些現象,其顯著程度都與頻率的高低及設備的尺寸緊密相關。按照實際需要,在容許的近似范圍內,對時變場的部分過程可以當作恆定場處理,稱之為似穩電磁場或准靜態場。這種方法使分析工作大為簡化,在電工技術中是行之有效的方法,已為人們所廣泛採用。
(三)交變電磁場與瞬變電磁場
時變電磁場還可以進一步分為周期變化的交變電磁場及非周期性變化的瞬變電磁場。對它們的研究在目的上和方法上有一些各自的特點。交變電磁場在單一頻率的正弦式變化下,可採用復數表示以化簡計算,在電力技術及連續波分析中應用甚多。瞬變電磁場又稱脈沖電磁場,覆蓋的頻率很寬,介質或傳輸系統呈現出色散特性,往往需要採取頻域、或 時序展開等方法進行分析。

❸ 電磁學研究什麼

電磁學是研究電磁現象的規律和應用的物理學分支學科,起源於18世紀。廣義的電磁學可以說是包含電學和磁學,但狹義來說是一門探討電性與磁性交互關系的學科。主要研究電磁波、電磁場以及有關電荷、帶電物體的動力學等等。

❹ 論文 小學科學課題研究--電磁學 具體該怎麼用大學物理的電磁學和小學科學的電磁學聯系呢

我給點意見:
首先小學科學課題研究肯定不能很深地進入研究,我建議採用類似科普介紹的方式逐步將話題引入大學電磁學,從而發現其中的科學之美。然後就可以緊接著針對大學物理中的一些相對較為簡單的定理或者概念再聯系小學生日常生活實際做出自己所認為可以做的一些實驗,進而來驗證。
其實我認為這個過程一點都不會涉及到很多高深的知識,如果真的要很透徹的深入解釋,那是真的需要很高的功力。
因此我認為理論上不會造成空洞。
那麼我簡單講一下可以怎麼著手寫這篇課題研究:
1.介紹麥克斯韋方程式,四個方程式的對稱以及簡練那是一種無法言語的美,它揭示了電與磁的聯系,構建了經典電磁學的框架。然後可以分別從這四個方程組入手,詮釋每個方程的前身和來歷。
例如第一個方程講的是高斯定理,說明了電場是有源場,是可以不連續的;
第二個方程講的是渦旋電流的環路定理,是由麥克斯韋提出來的,說明了磁生電的現象;
第三個方程講的是磁場的高斯定理,說明了磁場是個渦旋場(沒有始和終),闡述了磁場的連續性;
第四個方程講的是麥克斯韋添加了位移電流的概念之後的磁場環路定理,描述了電生磁的特點。
你可以分別了解一下各個定理;
2.每個定理背後都有大量的實驗模型:
例如了解電的特性時可以做一些簡單的安全的小實驗定量描述電荷,可以玩玩電量計等;
了解磁的特性時也可以採用磁鐵之間的相互作用關系,或者討論磁單極存不存在;
研究磁生電時,可以採用定性和定量同步的實驗來研究,比如可以通過切割磁感線觀察能否產生電流,研究發電廠發電效率和發電機轉子轉動速度的關系等等;
研究電生磁時也可以採用定性和定量實驗同步的方法實現,比如將通電導線放在小磁針上方觀察擺動,再比如高級一點採用法拉第電磁感應定量設計實驗探究電流與磁場的關系。
最後忠告:要將課題研究深入到實驗,切勿空談!實驗的話盡量做到定量。(可以找輔導老師幫助)

❺ 電磁學基本原理

電磁學中有三大實驗定律:庫侖定律,安培定律及法拉第電磁感應定律;並在此基礎上,麥克斯韋進行歸納總結,得出了描述宏觀電磁學規律的麥克斯韋方程組。

1 電荷守恆與庫倫定律

1.1 電荷守恆定律

摩擦起電和靜電感應實驗表明,起電過程是電荷從某一物體轉移到另一物體的過程。

電荷守恆定律 電荷不能被創造,也不能被憑空消失,只能從一個物體轉移到另外的物體,或者是從物體的一部分轉移到另一部分。也就是說,在任何物理過程中,電荷代數式守恆的。

在1897年,英國科學家湯姆遜在實驗中發現了電子;1907-1913年,美國科學家密立根通過油滴實驗,精確測定除了電荷的量值:e = 1.602 177 33×10^-19 C。這表明電子式量子化的。

1.2 庫倫定律

庫倫定律 兩個靜止電荷q1和q2之間的相互作用力大小和與q1與q2的乘積呈正比,和它們之間的距離r的平方呈反比;作用力的方向沿著它們的聯線,同號電荷相斥,異號電荷相吸,即:

其中,ε0為真空介電常數。ε0 ≈8. 854187817×10-12 C2 / (N•m2)。

在MKSA單位制中,1庫倫定義為:如果導線中有1A的恆定電流,在1s內通過導線橫截面的電量為1C,即:1 C = 1 A•s。

1.3 電場強度

電場強度E 這是一個矢量,表示置於該點的點位電荷所受到的力,是描述電場分布的物理量,即:

場強疊加原理 由於電場是矢量,服從矢量疊加原理,因此我們可以得出:電荷組所產生的電場在某點的場強等於各點電荷單獨存在時所產生的電場為該點場強的矢量疊加。

電場線 形象描述電場分布,我們可以引入電場線的概念,利用電場線可以得出較為直觀的圖像。

1.4 電荷分布

為了對概念有更清晰的認識,我們介紹實際帶電系統中電荷分布的4種形式:體分布電荷;面分布電荷;線分布電荷及點電荷。

電荷體密度:電荷連續分布於體積V 內,用電荷體密度來描述其分布,即:

電荷面密度:若電荷分布在薄層上,當僅考慮薄層外、距薄層的距離要比薄層的厚度大得多處的電場,而不分析和計算該薄層內的電場時,可將該薄層的厚度忽略,認為電荷是面分布。面分布的電荷可用電荷面密度表示:

電荷線密度:若電荷分布在細線上,當僅考慮細線外、距細線的距離要比細線的直徑大得多處的電場,而不分析和計算線內的電場時,可將線的直徑忽略,認為電荷是線分布。線分布的電荷可用電荷線密度表示。

點電荷:對於總電荷為 q 的電荷集中在很小區域 V 的情況,當不分析和計算該電荷所在的小區域中的電場,而僅需要分析和計算電場的區域距離電荷區很遠,即場點距源點的距離遠大於電荷所在的源區的線度時,小體積 V 中的電荷可看作位於該區域中心、電荷為 q 的點電荷。

2 電勢、環路定理及電勢的梯度

2.1 電勢

單個電荷產生的電場是有心力場。有心力場中,做功與路徑無關,與F(r)的具體形式無關,只由於起始點位置有關。

假設在電場中把一試探電荷從P點移動到Q點,靜電場力對其做功為:

上式表明電勢能變化量與試探電荷q0呈正比,電勢能與試探電荷帶電量q0的比值WPQ / q0與試探電荷無關,只與電場在P, Q兩點有關,這個量可以定義為P, Q兩點的電勢差,用UPQ表示:

連續分布電荷的電勢可以表示為:

若要定義某點電勢大小,需要定義電勢零點。電勢相等的點所組成的面叫做等勢面。等勢面有以下性質:

等勢面與電場正交
等勢面較密集的地方場強較大;較為稀疏的地方等勢面較小。
從定義式中我們知道:電勢差和電勢的單位為J / C,單位名稱為伏特,簡稱伏,用V表示。

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