电磁学基础

电磁学基础课件下载：jijinzu.buaa.edu.cn电磁学隐身技术重要的理论基础光——即可见光，为电磁波热——红外辐射，为电磁波电——雷达波，为电磁波声——机械波电磁学与经典电动力学电磁学密切相关的是经典电动力学，两者在内容上并没有原则的区别。电磁学偏重于电磁现象的实验研究，从广泛的电磁现象研究中归纳出电磁学的基本规律；经典电动力学则偏重于理论方面，它以麦克斯韦方程组和洛伦兹力为基础，研究电磁场分布，电磁波的激发、辐射和传播，以及带电粒子与电磁场的相互作用等电磁问题也可以说，广义的电磁学包含了经典电动力学。相关历史西周(公元前1100-公元前771)青铜铭文就记载有“电”字和“雷”字先秦“阴阳相薄，感而为雷，激而为霆。霆，电也。”公元前七世纪，发现磁石公元前二世纪，发现静电吸引1600年，《论磁》论述磁1747年，电荷守恒定律1785年，库仑定律1799年，发明电池1820年，电流的磁效应1826年，欧姆定律1831年，电磁感应现象1834年，楞次定律1865年，麦克斯韦方程组1888年，实验证实电磁波存在吉尔伯特（1544～1603），英国著名的医生、物理学家。由于他医术高明，1601年担任英国女王伊丽莎白一世的御医，直到1603年11月30日逝世。写成名著《论磁》，于1600年在伦敦出版。记录了磁石的吸引与推斥；磁针指向南北等性质；烧热的磁铁磁性消失；还发现了球形磁体的极，并断定地球本身是一个大磁体，提出了“磁轴”、“磁子午线”等概念。在吉尔伯特的名著中，也叙述了他对电现象的研究内容。他研究了十几种物质，发现它们中的大多数被摩擦后，可以吸引轻小的物体。他首先指出，这是与磁现象有本质区别的另一类现象。吉尔伯特的名著《论磁》，直到19世纪末还很少为人了解，他的其他作品、先进的科学思想在英国也很少有人知道。因为他的作品都是仅用拉丁文出版的。1889年成立的吉尔伯特俱乐部，到1900年根据汤姆生的倡议，才出版了吉尔伯特名著的英译本。富兰克林本杰明.富兰克林（BenjaminFranklin）(1706-1790)，十八世纪美国最伟大的科学家和发明家，著名的政治家、外交家、哲学家、文学家和航海家以及美国独立战争的伟大领袖。1752年7月，富兰克林和他的儿子威廉做了“风筝实验”，证明了天上的雷电与人工摩擦产生的电具有完全相同的性质。1753年，俄国著名电学家利赫曼为了验证富兰克林的实验，不幸被雷电击死。1754年，避雷针开始应用库仑1736年6月14日-1806年8月23日，法国物理学、军事工程师。1785年，库仑用自己发明的扭秤建立了静电学中著名的库仑定律。康德伊曼努尔·康德(ImmanuelKant,1724年4月22日—1804年2月12日)德国哲学家、天文学家、星云说的创立者之一、德国古典哲学的创始人，唯心主义，不可知论者，德国古典美学的奠定者。认为各种自然力都来自同一根源，可以相互转化。伏特亚历山德罗·朱塞佩·安东尼奥·安纳塔西欧·伏特伯爵（CountAlessandroGiuseppeAntonioAnastasioVolta，1745年2月18日－1827年3月5日），意大利物理学家，因在1800年发明伏打电堆而著名。后来他受封为伯爵。为了纪念他，人们将电动势单位取名伏特。奥斯特（1777-1851）丹麦人，发现电流磁效应的第一人。1799年的博士论文《论外部自然的基本的形而上学范畴》中，阐述了康德哲学思想对科学的指导作用，并深受康德关于“基本力”可以转化为其它各种形式的力的观点影响。1803年他曾说:“人们的物理学将不再是关于运动、热、空气、光、电、磁以及人们所知道的任何其他现象的零散的罗列，人们将把整个宇宙容纳在一个体系中。”他认为“自然力之统一”。奥斯特在一次讲课中，他尝试将磁针放在导线的侧面。当他接通电源时，发现磁针轻微的晃动了一下!正是这一轻微的晃动，奥斯特马上意识到他多年孜孜以求的东西就要实现了。奥斯特紧抓不放，经过反复实验，查明了电流具有磁效应。1820年7月21日，发表了《电流对磁针的作用的实验》，引起了学术界的轰动。奥斯特奥斯特的发现和牛顿力学的基本原理是相互矛盾的。在牛顿力学中，自然界的力只能是作用于物体连线上的吸引或排斥力，即直接推拉性质的“中心力”。而奥斯特发现的却是一种“旋转力”。他所说的“螺旋线”，实际上就是关于磁的横向效应或电流所引起的涡流磁场的直观描述。是“场”的思想的开端。国际上从1934年起命名磁场强度的单位为奥斯特，简称“奥”韦伯W．E．(WilhelmEduardWeber,1804～1891)，德国物理学家博士论文以及其后的研究是声学方面的；而他的主要贡献则是在电学和磁学方面。1833年，他与高斯合作研了用电池作动力的电报机，在哥廷根大学相距9000英尺的物理实验馆与天文台之间架设电线来传输信号，这是世界上第一台有线电报。1935年国际电工委员会通过以“韦伯”作为磁通量的实用制单位，1948年又得到国际计量大会的承认。亨利(JosephHenry,1797～1878年)，美国物理学家。生于纽约州的奥尔巴尼，读过小学和初中，但由于勤奋学习，考进了奥尔巴尼学院，在那里他学习化学、解剖学和生理学，准备当一名医生，可是，毕业以后他却在奥尔巴尼学院当上了一名自然科学和数学讲师。强电磁铁的制成，为改进发电机打下了基础。电磁感应现象的发现，比法拉第早一年。1830年8月，亨利在电磁铁两极中间放置一根绕有导线的条形软铁棒，然后把条形铁棒上的导线接到检流计上，形成闭合回路。他观察到，当电磁铁的导线接通的时候，检流计指针向一方偏转后回到零；当导线断开的时候，指针向另一方偏转后回到零。这就是亨利发现的电磁感应现象。这比法拉第的发现几乎早一年，遗憾的是亨利没有及时公开发表自己的实验结果。发现了自感现象1842年亨利在实验室里安装了一个火花隙装置，在30多英尺处放一个线圈来接收能量，线圈和检流计相接，形成回路。当火花隙装置的电火花闪过的时候，和线圈相接的检流计指针就发生偏转。这个实验的成功，实际上实现了无线电波的传播。亨利的实验虽然比赫兹的实验早了40多年，但是当时的人们包括亨利自己在内，还认识不到这个实验的重要性。亨利的贡献很多，只是当时没有立即发表，因此他失去了许多发明的专利权和发现的优先权。但是亨利仍然不失为公认的著名电学家，为了纪念他，电感的国际单位以亨利命名。赫兹海因里希·鲁道夫·赫兹(Hertz，1857年2月22日-1894年1月1日)德国物理学家，于1888年首先证实了无线电波的存在。并对电磁学有很大的贡献，故频率的国际单位制单位赫兹以他的名字命名。亥姆霍兹（HermannLudwigFerdinandvonHelmholtz，1821～1894）德国物理学家、数学家、生理学家、心理学家。亥姆霍兹线圈1847年他在德国物理学会发表了关于力的守恒讲演，在科学界赢得很大声望，次年担任了柯尼斯堡大学生理学副教授。亥姆霍兹在这次讲演中，第一次以数学方式提出能量守恒定律。主要论点是：①一切科学都可以归结到力学。②强调了牛顿力学和拉格朗日力学在数学上是等价的，因而可以用拉氏方法以力所传递的能量或它所作的功来量度力。③所有这种能量是守恒的。亥姆霍兹的一生，研究领域十分广泛，除物理学外，在生理光学和声学、数学、哲学诸方面都作出了重大贡献。测定了神经脉冲的速度，重新提出托马斯·杨的三原色视觉说研究了音色、听觉和共鸣理论发明了验目镜、角膜计、立体望远镜。对黎曼创立的非欧几何学也有研究。亥姆霍兹不仅对医学、生理学和物理学有重大贡献，而且一直致力于哲学认识论。他确信：世界是物质的，而物质必定守恒。高斯JohannCarlFriedrichGauss）（1777年4月30日—1855年2月23日），生于不伦瑞克，卒于哥廷根，是德国著名数学家、物理学家、天文学家、大地测量学家。他有数学王子的美誉，并被誉为历史上最伟大的数学家之一，和阿基米德、牛顿、欧拉同享盛名。19世纪30年代，高斯发明了磁强计与韦伯(1804－1891)在电磁学的领域共同工作。他比韦伯年长27岁，以亦师亦友的身份进行合作。1833年，通过受电磁影响的罗盘指针，他向韦伯发送了电报。1840年他和韦伯画出了世界第一张地球磁场图，而且定出了地球磁南极和磁北极的位置，并于次年得到美国科学家的证实。高斯研究数个领域，但只将他思想中成熟的理论发表。他经常提醒他的同事，该同事的结论已经被自己很早的证明，只是因为的不完备性而没有发表。批评者说他这样是因为极爱出风头。实际上高斯只是一部疯狂的打字机，将他的结果都记录起来。在他死后，有20部这样的笔记被发现，才证明高斯的宣称是事实。一般认为，即使这20部笔记，也不是高斯全部的笔记。高斯的肖像已经被印在从1989年至2001年流通的德国马克的纸币上。法拉第迈克尔·法拉第（MichaelFaraday，公元1791～公元1867）英国物理学家、化学家，也是著名的自学成才的科学家。生于萨里郡纽因顿一个贫苦铁匠家庭。仅上过小学。1831年，他作出了关于力场的关键性突破，永远改变了人类文明。他将化学中的许多重要术语给予了通俗的名称，如阳极、阴极、电极、离子等法拉第把磁力线和电力线的重要概念引入物理学，通过强调不是磁铁本身而是它们之间的“场”法拉第坚信：“物质的力借以表现出的各种形式，都有一个共同的起源”爱因斯坦高度评价法拉第的工作，认为他在电学中的地位，相当于伽利略在力学中的地位。法拉第奠定了电磁学的实验基础。安培安德烈·玛丽·安培（André-MarieAmpère，1775年—1836年），法国化学家，在电磁作用方面的研究成就卓著，对数学和物理也有贡献。电流的国际单位安培即以其姓氏命名。。1820年7月，H.C.奥斯特发表关于电流磁效应的论文后，安培报告了他的实验结果：通电的线圈与磁铁相似；9月25日，他报告了两根载流导线存在相互影响，相同方向的平行电流彼此相吸，相反方向的平行电流彼此相斥；对两个线圈之间的吸引和排斥也作了讨论。主要贡献①发现了安培定则②发现电流的相互作用规律电流方向相同的两条平行载流导线互相吸引，电流方向相反的两条平行载流导线互相排斥。③发明了电流计电流在线圈中流动的时候表现出来的磁性和磁铁相似，创制出第一个螺线管，在这个基础上发明了探测和量度电流的电流计。④提出分子电流假说轶事怀表变卵石马车车厢做“黑板”经典电动力学奠基人麦克斯韦对安培工作的评价很高，称安培的研究是“科学史上最辉煌的成就之一”后人又称安培是“电学中的牛顿”。麦克斯韦JamesClerkMaxwell（公元1831～公元1879）詹姆斯·克拉克·麦克斯韦是伟大的英国物理学家，经典电磁理论的创始人。科学史上，称牛顿把天上和地上的运动规律统一起来，是实现第一次大综合，麦克斯韦把电、光统一起来，是实现第二次大综合，因此应与牛顿齐名。1873年出版的《论电和磁》，也被尊为继牛顿《原理》之后的一部最重要的物理学经典。没有电磁学就没有现代电工学，也就不可能有现代文明。1831年6月13日出生于爱丁堡16岁时进入爱丁堡大学，三年后转入剑桥大学学习数学1854年毕业并留校任教，两年后到苏格兰的马里沙耳学院任自然哲学教授1860年到伦敦国王学院任教1871年受聘筹建剑桥大学卡文迪许实验室，并任第一任主任1879年11月5日在剑桥逝世1855年发表《论法拉第力线》，他以一种几何观点，为法拉第的力线作出了数学描绘。他在文章中写到：“如果人们从任意一点画一条线，并且当人们沿这条线走时，线上任一点的方向，总是和该点力的方向重合，那么这条曲线就表示他所通过的各点的合力的方向，并且在这个意义上才称为力线。用同样的方法人们可以画出其它力线。知道曲线充满整个空间以表示任一指定