大学物理——电磁学.pdfVIP

大学物理——电磁学

电磁学是物理学中的一门基础学科，研究电荷之间相互作用的

规律性和电磁波的产生、传播以及与物质的相互作用。电磁学

的理论和应用范围广泛，是现代通讯、信息技术、能源领域中

必不可少的一门科学。

1.静电学

静电学是电磁学的一个分支，主要研究静电场、电荷分布和电

势等基本概念及其相互关系。静电学的基本定理是库仑定律，

它描述了电荷之间的相互作用力与其距离的平方成反比。此外，

静电学还研究电荷密度、电场强度、电荷守恒定律、高斯定理

等。

2.恒定电流学

恒定电流学是研究静态电荷（即不随时间变化的电荷）所产生

的电流和电场。这一分支的基本定理为安培定律，它描述了电

流与导线长度、截面积的乘积和导体电荷密度的乘积成正比。

恒定电流学还研究电阻、电势差、欧姆定律、基尔霍夫定律等。

3.电磁场

电磁场是指在空间中存在的包含电场和磁场的物理场。电磁场

的基本方程是麦克斯韦方程组，它是电磁学研究的核心。麦克

斯韦方程组包括四个方程，其中两个是描述电场的方程，另外

两个是描述磁场的方程。这些方程可以用来描述电磁波的产生、

传播和与物质的相互作用等现象。

4.电磁波

电磁波是电场和磁场在空间中传播的波动现象。电磁波的产生

需要电荷在空间中振动，形成变化的电场和磁场，产生一种横

波。电磁波的特点是在真空中传播，速度是光速，而且具有波

长和频率等特征。电磁波的应用极广，包括无线通信、雷达、

移动通讯等。

5.辐射现象

辐射现象是指电荷加速时会产生电磁波辐射的现象。这一现象

是电子学的基础，也是实现电子器件中心频率和带宽的重要途

径。辐射现象的基本定理是洛伦兹方程，它描述了电子发射电

磁辐射能量的表达式。强烈的电磁辐射还会带来安全风险，例

如核辐射和光辐射等。

总之，电磁学是一门广泛应用的学科，在通讯技术、信息技术、

能源等领域中都有着重要的应用。它不仅具有基础理论的重要

性，还承担着促进社会发展和改善人类生活的使命。6.电动力

学

电动力学是电磁学的一个分支，主要研究带电粒子在电场和磁

场中的运动规律。电动力学的基本定理是洛伦兹力，它描述了

电荷在电场和磁场中所受的力。此外，电动力学还研究电磁感

应、法拉第定律、安培环路定理等。

7.电磁感应

电磁感应是指磁场发生变化时，产生涡旋电场，使导体中的自

由电荷发生运动，产生电流的现象。这一现象是发电机、变压

器等电力设备的基础。电磁感应的基本定理是法拉第定律，它

描述了一个闭合回路中的感应电动势与磁通量的变化率成正比。

8.交流电路

交流电路是指由交流电源、电阻、电感、电容等元件组成的电

路，其中电源的电压和电流随时间发生周期性变化。交流电路

的分析需要运用复数和相量的运算方法。交流电路的基本定理

是欧姆定律的推广形式，包括交流电阻、交流电流、交流电压

等。

9.介质的电磁性

介质是指电磁场中除真空以外的物质。在介质中，电磁场具有

和真空不同的性质。介质的电磁性是电磁学中的一个重要问题，

它涉及电磁波的传播和介质与电磁波的相互作用等问题。介质

的电磁性可以用介电常数和磁导率等物理量描述。

10.电磁学应用

电磁学的应用广泛，包括电力工程、通讯技术、信息技术、医

学影像等领域。在电力工程中，电磁学理论被用于建立电力系

统的模型和优化方案，保证电力系统的稳定和安全。通讯技术

和信息技术中，电磁学理论被用于设计和优化通讯系统中的天

线、发射器和接收器等组成部分，保证通讯的质量和稳定。在

医学影像领域，电磁学理论被用于磁共振成像、正电子发射断

层扫描等技术中，帮助医生准确地诊断疾病。

总之，电磁学是一门基础学科，应用于各个领域，有着广阔的

发展前景。未来，随着电子技术、通讯技术和能源技术的快速

发展，电磁学将会继续扮演着重要的角色。同时，电磁学的发

展还会带来新的科技突破和社会变革。