电磁学00

刘俊明南京大学物理学院物理系Email:[e-mail]电话:83596595办公室地址：鼓楼校区唐仲英楼B410小组主页：群：128710788/南大物理电磁学课程大学电磁学CollegeElectromagnetics电磁学00-01:基本准备第一类参考书(后续引用不再注明)：徐游：《电磁学》第二版，科学出版社赵凯华、陈熙谋：《电磁学》，高等教育出版社BenjaminCrowell,ElectricityandMagnetism,LightandmatterMatthewN.O.Sadiku,ElementsofElectromagneticsJearlWalker,FundamentalsofPhysics,HallidayandResnickR.Feynman,**********SearsUniversityPhysics郭奕玲-沈慧君-物理学史-图片。。。。。。。。。。Google,Wiki,…….网络是第二类参考书电磁学00-01:基本准备成绩：作业30%，期中35%，期末35%以自学为主、以讲授为辅、以复习概念为线索、以数学运用与拓展为重点微元、微积分、矢量代数(补充讲授)轻视高中那种解题技巧、重视概念的运用与运算能力Areyouready?!电磁学00-01:课程安排，徐游《电磁学》第二版学期课程讲授安排16~18周，每周均3学时：绪论：1~2学时第一章：真空中固定电荷，7-8学时第二章：导体周围静电场，6学时第三章：电介质，4学时第四章：恒稳电流，4学时第五章：真空中恒稳电流磁场，8学时第六章：电磁场中电荷运动，4学时第七章：磁介质，4学时第八章：电磁感应，8学时第九章：麦克斯韦方程，2学时电磁学00-01:课程安排，徐游《电磁学》第二版其它时间机动，例如期中考试，节假日等授课总计56~60学时课外大约200学时自学、100学时作业基础好的学生、基础相对弱的学生课件大部分是针对基础相对不是那么雄厚的学生电磁学00-02:电磁学发展早期简史在尺度上，相对论、电磁学、量子力学相互承接：电磁学00-02:电磁学发展早期简史在尺度上，相对论、电磁学、量子力学相互承接：电磁学00-02:电磁学发展早期简史在尺度上，相对论、电磁学、量子力学相互承接：电磁学00-02:电磁学发展早期简史在尺度上，相对论、电磁学、量子力学相互承接：电磁学00-02:电磁学发展早期简史电磁学是一门实验学科，诞生与发展依赖于实验现象与分析。分类学科发展历史电磁学00-02:电磁学发展早期简史公元前•我国春秋战国时代：磁石吸铁•约公元前600年希腊的Thales：琥珀摩擦后吸引草屑17世纪•1600年英国的Gilbert：将电力和磁力分开•约1660年马德堡的Guericke：发明了第一台摩擦起电机18世纪前期•1729年英国的Gray：发现导体和绝缘体的区别•法国的duFay：发现电有两种；美国的Franklin：提出正电和负电的说法，风筝实验18世纪后期•1785年法国的Coulomb：库仑定律•意大利的Volta：发明伏打电池19世纪•Oersted、Ampere、Biot、Savart等：电流的磁效应；电流磁效应的应用：电磁铁、电报、电话•欧姆定律、电磁感应、麦克斯韦方程；发电机、电动机……20世纪•不计其数的理论发展和应用学科发展年谱电磁学00-02:电磁学发展早期简史古代春秋战国时期看到的磁石吸铁。(公元前770年~公元前221年)《管子•地数》载：“山上有慈石(即磁石)者，其下有铜金。”司徒南：东汉时期思想家王充写的《论衡》书中“司南之杓，投之于地，其柢指南”的记载。不要太相信中国人对电和磁有多少科学的理解。公元前600年，希腊的Thales也有琥珀摩擦吸引草屑的记载。电磁学真正的科学研究来自于英国WilliamGilbert(电磁学之父)对电和磁的实验。吉伯为磁通势单位，用以纪念这位磁学的先驱者。电磁学00-02:电磁学发展早期简史=citiao_right_xiangguancitiao吉伯关于锻打使铁产生磁性的一幅画(图中septentrio表示北，avster表示南)电磁学00-02:电磁学发展早期简史吉伯研究磁倾角吉伯向伊丽莎白女皇介绍磁学新成果吉尔伯特把经过摩擦后能吸引小物体的物体叫做electric，意思是“琥珀体”，这就是西文中“电”的词根的来源。电磁学00-02:电磁学发展早期简史1660年德国·Guericke盖里克的摩擦起电机1700年代英国的Gray格雷拿“小孩燕子”做实验证明人体可以导电电磁学00-02:电磁学发展早期简史富兰克林的《电的实验和观察》库仑的电扭秤实验装置电磁学00-02:电磁学发展早期简史忆秦娥@电磁学史掩长卷，三百年逝从头现。从头现，兰花两表，问谁重撰？吉伯拆了金銮殿，格雷舍命追飞燕。追飞燕，库伦沉默，安培潸染。电磁学00-03:电磁学相互作用本质静电场实验定律静磁场实验定律变动电磁场的实验定律麦克斯韦方程组洛伦兹公式电路电磁学00-03:电磁学相互作用本质名称相对强度(以强相互作用为准)性质(对距离的作用大小)作用的范围(米)传递相互作用的中间玻色子强相互作用11/r710-15胶子电磁相互作用1/1371/r2无限大光子弱相互作用10-131/r5-710-18W及Z玻色子引力相互作用10-391/r2无限大引力子电磁学00-04:矢量运算预备知识矢量的标积任意两个矢量A和B，其标积或点乘定义：,()xyzxyzxxyyzzAAiAjAkBBiBjBkABABABABABBAABCABAC=++=++⋅=++⇒⋅=⋅⇒⋅+=⋅+⋅电磁学00-04:矢量运算预备知识标积的几何意义构建一空间坐标，x-y面在A-B面内。标积代表一矢量在另一矢量上投影：2cos,sincos,sincos()cos0xyxxyyxyzzAAAAABABABBBBBABABABAAAααβββαθ==⋅=+===−===⋅=一些特定情况下之标积电磁学00-04:矢量运算预备知识矢量的矢积矢积(叉乘)定义为A×B，其两种表示为：()xyzxyzijkABBAABAAAABCABACBBB×=−××=⇒×+=×+×矢积C按照右手螺旋法则定义方向，恒与A和B垂直。电磁学00-04:矢量运算预备知识矢量的矢积xyzxyzijkABAAABBB×=()cos,sincos,sinsin()0sinsin,0xyyxxyxyzzABABABkAAAABBBBABkABABkCABABkAAααβββαθθ×=−=====−====×=×=矢积C数值上等于A和B组成之平行四边形面积。电磁学00-04:矢量运算预备知识矢量的三重积：三重标积A⋅(B×C)()xyzxyzxyzAAAABCBBBCCC⋅×=标量、绝对值为六面体体积xyzxyzijkBCBBBCCC×=电磁学00-04:矢量运算预备知识矢量的三重标积满足交换律：()()()()()()()()()ABCBCACABABCBCACABACBCBABAC⋅×=⋅×=⋅×=×⋅=×⋅=×⋅=−⋅×=−⋅×=−⋅×()xyzxyzxyzAAAABCBBBCCC⋅×=电磁学00-04:矢量运算预备知识矢量的三重积：三重矢积A×(B×C)1212(),()()()ABCaBaCaACaABABCACBABC××=+⇒=⋅=−⋅××=⋅−⋅是矢量，与B、C共面电磁学00-04:矢量运算预备知识镜像反射对称、极矢量、轴矢量镜面垂直量反向为极矢量，镜面平行量反向为轴矢量空间位矢坐标r=(x,y,z)为极矢量，还有电场、电偶极矩等磁矩m为轴矢量，还有磁感应强度等电磁学00-04:矢量运算预备知识两个极矢量叉乘得轴矢量：极矢量a、b，轴矢量c,,,,(,,),(,,),(,,)xyzzyyzxxzzxyyxxyzzyyzxxzzxyyxxyzxyzxyzzzxxyyzzxxyyaaaaaabbbbbbcababcababcababcababcababcaaaabbbbcabacccabb===−′′′===−′′′=−=−=−′′′′′=−′′′′′=−′′′′′=−====×xxyyzzcccccc′=−′→−′==电磁学00-04:矢量运算预备知识立体角dΩ12221232*22ˆcosdSdSdrrdSdSnrdSrdSdrrdSdSrrθΩ==≡⋅⋅Ω====复习一下什么是平面角电磁学00-04:矢量运算预备知识正交曲线坐标系：直角坐标系、坐标面111112222233333111dlhdududxhdlhdududyhdlhdududzh====→=⇒====直角坐标系一个微元(线元、面积元、体积元)沿三基矢的线段元(dl1,dl2,dl3)与基矢的三坐标变量微分(du1,du2,du3)：电磁学00-04:矢量运算预备知识正交曲线坐标系：柱坐标系电磁学00-04:矢量运算预备知识22cossinarctan(/)xyxyyxzzzzρρϕρϕϕ=+==⇒===与直角坐标系之关系：坐标面：电磁学00-04:矢量运算预备知识三基矢(e1=eρ,e2=eϕ,e3=ez)柱坐标系之面积元与体积元：11zzzzzdlhdhAAeAeAedlhdhdlhdzhρρρρρϕϕϕϕϕρϕρ===++⇒=⇒===zzdSdldlddzdVdldldldddzϕρϕρϕρρϕ====注意：eϕ只是一个弧度，没有长度量纲电磁学00-04:矢量运算预备知识正交曲线坐标系：球坐标系222222sincossinsinarccos(/)cosarctan(/)rxyzxryrzxyzzryxθϕθϕθθϕ=++==⇒=++==与直角坐标系之关系：电磁学00-04:矢量运算预备知识坐标面：电磁学00-04:矢量运算预备知识三基矢(e1=er,e2=eθ,e3=eϕ)1sinrrrrAAeAeAedlhdrdlhddlhdhhrhrθθϕϕθθϕϕρθϕθϕθ=++=⇒===⇒==注意：eθ和eϕ只是弧度基矢，没有长度量纲电磁学00-04:矢量运算预备知识球坐标系之面积与体积元：22sinsinrdSdldlrdddVdldldlrdrddθϕθϕθθϕθθϕ====求解球面立体角与球体体积(?)*2322200sinsinsinsin4rdSdSrdddddrrrddddππθθϕθθϕθθϕϕθθπ⋅Ω======Ω=∫∫∫∫电磁学00-04:矢量运算预备知识标量场与矢量场(,,)(,,).xyzxyzconsΦ=Φ⇔Φ=标量Φ是空间坐标r=(x,y,z)的函数，称之为标量场与标量场对应有等值面矢量A是空间坐标r=(x,y,z)的函数，称之为矢量场(,,)(,,)(,,)(,,)xxyyzzAAxyzAAxyzAAxyzAAxyz==⇒==电磁学00-04:矢量运算预备知识标量场的梯度梯度针对标量场定义，表示标量场在空间变化的剧烈程度上图中衬度表示标量场，箭头表示此标量场之梯度电磁学00-04:矢量运算预备知识标量场的梯度不同坐标系下标量场Φ的梯度表达：111sinzrijkxyz