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1、电磁学培训课件范文 电磁学基础知识?电磁学是经典物理学的一部分主要研究1.电荷、电流产生电场、磁场的规律2.电场、磁场的相互关系3.电磁场对电流的作用4.电磁场对各种物质的效应电磁现象是自然界存在的一种普遍现象电磁学基础知识1.电磁学发展历程2.静电场3.恒定电流4.恒定磁场5.电磁感应6.交流电1.电磁学的发展历程人类对电磁现象的早期认识公元前600年，希腊泰勒斯木块摩擦琥珀可吸引头发等物体、天然磁矿石吸铁。 中国古代战国，磁石召铁，慈州汉、王充，司南勺宋、沈括，指南针、航海、磁偏角。 1.电磁学的发展历程1600年，英，Gilbert发现摩擦琥珀吸物的性质与磁石不同，电（琥珀的希腊文）制作
2、第一只验电器1660年，第一台摩擦起电机1729年，琥珀的电效应可传递导体1745年，莱顿瓶1747年，Franklin定义正负电荷1.电磁学的发展历程Charlse.Augustin.Coulomb18世纪以后（快速研究、完善）Coulomb扭秤，测量电荷相互作用力，库仑定律，定性到定量。 电荷量单位Volta:伏打电池，水电解，电动势单位（观点电、磁独立；错误）1.电磁学的发展历程电流的磁效应。 高斯制磁场强度单位丹麦哲学家Oersted1.电磁学的发展历程Gauss第一台发报机，确定地磁场南北极10马克高斯头像1.电磁学的发展历程Ampere安培定律，安培定则、电流一词。 制造螺旋管，发
3、明电流计。 电流单位1.电磁学的发展历程欧姆定律电流磁效应发现不久，欧姆受热传导理论启发利用伏打电池，通过实验发现了电流公式，后来被称为欧姆定律首创电动势、电阻概念。 德国物理学家欧姆1.电磁学的发展历程?Faraday:电磁感应。 第一台发电机、电动机，验证电荷守恒定律。 电容单位1.电磁学的发展历程Maxwell完善电磁学理论，电磁场方程组，预言光是电磁波（49岁）Hertz:证明电磁波存在，测定传播速度，频率的单位（39岁）。 1.电磁学的发展历程洛伦兹提出电子论，将电磁现象归结为原子中的电效应，揭示物质的光特性爱因斯坦提出狭义相对论电、磁、光统一2.静电场2.1电荷和库仑定律2.2电场
4、和电场强度2.3高斯定理2.4环路定理及电势2.5物质的电特性2.6静电场中的导体2.7电容和电容器2.8静电场中的电介质2.1电荷和库仑定律摩擦起电感应起电2.1电荷和库仑定律验电器静电防护例子静电利用除尘、复印、喷涂、静电轴承、静电火箭发动机2.1电荷和库仑定律?自然界只有两种电荷，正电荷和负电荷?任何物体本身都有电荷，只不过数量相等（中和）?电荷守恒定律:?库仑定律?静电力的叠加原理2.2电场和电场强度?静电力是如何传递的，争论的两种观点?超距作用不需任何媒介，不需要时间?近距作用通过接触或媒介，作用需要时间?法拉第首先提出场的概念电力和磁力即非超距作用，也非近距作用，而是通过电场和磁场
5、来作用的。 ?静电场?电场强度?电场是矢量场，符合矢量场叠加原理?例子电偶极子?带电粒子在电场中的运动（示波管的偏转系统）2.3高斯定理如何形象了解电场分布引入概念电场线（电力线）?为了形象描述客观存在的电场的分布，引入电场线给出场强分布的直观图像。 2.3高斯定理2.3高斯定理?电通量电场的通量，与穿过一个曲面的电场线的数目成正比，是表征电场分布情况的物理量。 ?高斯定理通过任意闭合曲面的电通量等于该闭合曲面所包围的所有电荷量的代数和与电常数之比。 2.4环路定理与电势?在静电场中,场强沿任意闭合路径的线积分=0?静电场力所作的功与路径无关。 ?任何作功与路径无关的力场，叫做保守力场或势场。
6、 静电场是保守力场，因此可以引入电势差和电势的概念。 ?电势差移动单位正电荷时电场力所作的功。 电势差指电场中两点之间的差值，如要表示某一点的电势，必须指定参考点。 2.4环路定理与电势等势面从电势的定义及其一般表达式可知，电势为空间坐标的标量函数，是标量场。 通常用等值面进行形象的几何描述。 电势相等的点所组成的面叫做等势面。 2.4环路定理与电势?等势面的特征?一根电场线不可能与同一等势面相交两次或多次；?等势面与电场线处处正交，即空间共点的电场强度应与该处的等势面垂直；?电场强度的大小可用等势面的疏密程度来量度。 2.5物质的电性质导体?电荷容易在其中移动的物质。 ?存在大量的“自由电荷
7、”（载流子）?金属是最常见的一类导体?电解液的熔融电解质也是导体，其载流子是正负离子?电离的气体也能导电，其中的载流子是电子和正负离子。 2.5物质的电性质绝缘体绝缘体是指在通常情况下不传导电流的物质。 又称电介质绝缘体中有大量的“束缚电荷”，几乎没有载流子。 固体如塑料、橡胶、玻璃，陶瓷等;液体如各种天然矿物油、硅油、三氯联苯等;气体如空气、二氧化碳等。 2.5物质的电性质半导体常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料半导体五大特性掺杂性，热敏性，光敏性，负电阻率温度P型半导体N型半导体2.6静电场中的导体?静电平衡当带电系统的电荷分布状态稳定不变，从而其电场分布也不随时间变化时，称该带电系
8、统达到了静电平衡。 ?均匀导体的静电平衡条件导体内的场强处处为零。 “均匀”是指质料均匀，温度均匀。 ?电场分布特点导体是个等势体，导体表面是个等势面靠近导体表面外侧处的场强处处与表面垂直2.6静电场中的导体静电场中的导体电荷分布?体内无电荷，电荷只分布在导体表面；?导体表面的面电荷密度与该处表面外附近的场强在数值上成比例?表面的曲率影响面电荷密度，进而影响场强，尖端放电现象。 导体尖端附近场强强，平坦地方次之，凹进去的地方最弱。 2.6静电场中的导体外部防雷装置（接闪杆、避雷针）电晕曲率半径小的导体电极对空气放电，便产生了电晕电晕放电浪费电能所以高压导线表面要光滑某些设备电极做成球形2.6静
9、电场中的导体电弧放电应用电弧焊辉光放电应用试电笔2.6静电场中的导体?导电壳（腔内无带电体情形）当导体腔内无带电体时，静电平衡下，导体壳的内表面处处无电荷，电荷只分布在外表面上；空腔内没有电场，空腔内电势处处相等。 ?导体壳腔内有其它带电体时，在静电平衡状态下，导体壳的内表面所带电荷与腔内电荷的代数和为0。 ?静电屏蔽导体壳外表面保护了它所包围的区域，使之不受导体壳外界电荷的影响?等电位作业服屏蔽服的各部件之间，须保证良好电气连接，最远端之间的电阻不能大于20，使人体外表形成等电位体。 2.7电容和电容器孤立导体的电容?“孤立”导体是指该导体附近没有其它导体和带电体。 ?理论和实验表明，孤立带
10、电导体的电势与其电量成比例。 比例系数是一个只与孤立导体几何形状有关，而与电势和电量无关的量，称为孤立导体的电容。 ?物理意义使导体升高单位电势所需的电荷量。 电容器及其电容电容器?由导体壳和其腔内的导体组成的导体系统叫做电容器。 组成电容器的两个导体面叫做电容器的极板。 ?电容C AB=Qa/（U AU B）。 C AB与两导体的尺寸、形状和相对位置有关，与q A和U AU B无关。 2.7电容和电容器电容器结构电容器分类2.7电容和电容器?电容器的并联?增加电容量?总电容等于各个电容器电容之和。 ?电容器的串联?增加耐电压能力，少使用。 ?总电容的倒数等于各个电容器的倒数之和2.7电容和电
11、容器?电容器储能W=?CU?电容器充电过程中电源做功，将能量以静电能的形式储存在电容器内，放电时将部分能量释放。 ?电容量C是储存能量本领大小的标志。 电容式储能焊接机2.8静电场中的电介质?电介质的极化?电介质电阻率很大，导电性能差，可看做理想的绝缘体，内部大量的束缚电荷，无自由电荷。 ?电介质极化是指外电场作用下，电介质的表面和内部不均匀的地方出现电荷的现象?极化的微观机制?电极化强度?单位体积内介质分子的电偶极矩矢量和?极化规律?极化率?铁电体?驻极体课件39极化率与相对介电常数?设平行板电容器未填充电介质时极板间的场强为E0(外场)，填充电介质后电场为E，由介质极化规律知，介质极化强度
12、为?与电容器正极板相对的介质表面有极化电荷面密度，与负极板相对的介质表面极化电荷面密度为?因此退极化场的大小为?而退极化场的方向与E0和P都相反，因此退极化场为:E P0?P nP?P nP?EPE?000?PE?课件40极化率与相对介电常数?电容器极板间充入均匀电介质后的电场为?其中，=1+定义为介质的相对介电常数，简称介电常数，是由电介质性质所决定的。 E E EEE?00?001E EE?课件41电介质的介电强度?由此，当电容器内充满介电常数的均匀电介质时，其电容为?介电强度当电压很高因而场强很强时，会使介质击穿，导致其绝缘性能被破坏，这种电介质能承受的最大场强称为该电介质的介电强度。
13、电容器的耐电压能力取决于电容内填充的介质的介电强度。 00CUqUqC?3稳恒电流3.1电流的稳恒条件3.2欧姆定律3.3非静电力与电源电动势3.4复杂电路与基尔霍夫定律3.1电流的稳恒条件?电流的形成电荷的定向流动形成电流。 ?产生电流的条件存在可以自由运动的电荷；存在使电荷作定向运动的某种作用（如电场）?电流的方向规定正电荷流动的方向为电流的方向?电流强度单位时间内通过导体任一横截面的电量，称为电流强度，简称电流?电流的稳恒条件在任意闭合曲面内电荷量不随时间变化3.2欧姆定律?欧姆定律通过一段导体的电流和导体两端的电压成正比?比例系数由导体的性质决定，叫导体的电阻?对于横截面均匀的各向同性
14、导体，其电阻R与导体长度L成正比，与横截面积S成反比，即R=*L/S?称为导体的电阻率，是完全由导体的材料性质决定的量，单位为m。 ?电阻率的倒数称为导体的电导率，3.2欧姆定律电阻的温度系数?各种材料的电阻率都随温度变化?金属的电阻率变化很规则，一般情况下随温度升高而减小，在温度不太低的时候成线性关系?某些金属、合金当温度降低到某特定值，电阻率突然减小到0，叫超导现象电阻温度传感器3.3非静电力与电动势?电源提供非静电力并将其他形式能量转换为电势能的装置。 通常电势高的叫正极，电势低的叫负极。 ?电动势?定义将单位正电荷从负极经电源内部移到正极时非静电力所做的功。 ?是描述电源特性的物理量。
15、 ?路端电压?外电路两端的电压3.4复杂电路与基尔霍夫定律基本概念?节点在电路中，三条或三条以上导线相交在一起的点，如a、b点。 ?支路相邻节点间，由电源和电阻串联而成且不含其他节点的通路。 ?回路支路构成的闭合通路。 基尔霍夫方程组?节点电流方程组汇于节点的各支路电流代数和=0?回路电压方程组沿回路一周电势降落的代数和=04.恒定磁场?4.1磁现象与安培定律?4.2毕奥萨伐尔定律?4.3安培力与洛伦兹力4.1磁现象与安培定律磁铁:磁性特别强的区域称磁极，总是指向南北方向，分别称为南极（S）和北极（N）?地球是一个大磁体?S极位于地理北极附近?磁偏角4.1磁现象与安培定律?悬浮同极相斥?运行异极相吸，头部的磁体被安装在靠前一点轨道上的异磁体所吸引同时被安装在轨道上稍后一点的同磁体所排斥。 ?导向侧面安装电磁铁。 列车发生左右偏移时，列车上的导向电磁铁与导向轨的侧面相互作用，产生排斥力，使车辆恢复正常位置。 4.1磁现象与安培定律?奥斯特试验库仑
