物理電磁學(xué)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)
物理電磁學(xué)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)
電磁學(xué)是物理學(xué)的一個(gè)分支，起源于近代。廣義的電磁學(xué)可以說(shuō)是包含電學(xué)和磁學(xué)，但狹義來(lái)說(shuō)是一門(mén)探討電性與磁性交互關(guān)系的學(xué)科。下面是學(xué)習(xí)啦小編為你整理的物理電磁學(xué)知識(shí)點(diǎn)，一起來(lái)看看吧。
物理電磁學(xué)知識(shí)點(diǎn)
一、磁現(xiàn)象
最早的指南針叫司南。
磁性：磁體能夠吸收鋼鐵一類的物質(zhì)。
磁極：磁體上磁性最強(qiáng)的部分叫磁極。磁體兩端的磁性最強(qiáng)，中間最弱。水平面自由轉(zhuǎn)動(dòng)的磁體，靜止時(shí)指南的磁極叫南極(S極)，指北的磁極叫北極(N極)。
磁極間的作用規(guī)律：同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引。一個(gè)永磁體分成多部分后，每一部分仍存在兩個(gè)磁極。
磁化：使原來(lái)沒(méi)有磁性的物體獲得磁性的過(guò)程。
鋼和軟鐵的磁化：軟鐵被磁化后，磁性容易消失，稱為軟磁材料。鋼被磁化后，磁性能長(zhǎng)期保持，稱為硬磁性材料。所以制造永磁體使用鋼，制造電磁鐵的鐵芯使用軟鐵。磁鐵之所以吸引鐵釘是因?yàn)殍F釘被磁化后，鐵釘與磁鐵的接觸部分間形成異名磁極，異名磁極相互吸引的結(jié)果。
物體是否具有磁性的判斷方法：
①根據(jù)磁體的吸鐵性判斷。
②根據(jù)磁體的指向性判斷。
?、鄹鶕?jù)磁體相互作用規(guī)律判斷。
?、芨鶕?jù)磁極的磁性最強(qiáng)判斷。磁性材料在現(xiàn)代生活中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，音像磁帶、計(jì)算機(jī)軟盤(pán)上的磁性材料就具有硬磁性。
二、磁場(chǎng)
磁場(chǎng)：磁體周圍存在著的物質(zhì)，它是一種看不見(jiàn)、摸不著的特殊物質(zhì)。磁場(chǎng)看不見(jiàn)、摸不著我們可以根據(jù)它對(duì)其他物體的作用來(lái)認(rèn)識(shí)它。這里使用的是轉(zhuǎn)換法。(認(rèn)識(shí)電流也運(yùn)用了這種方法。)
磁場(chǎng)對(duì)放入其中的磁體產(chǎn)生力的作用。磁極間的相互作用是通過(guò)磁場(chǎng)而發(fā)生的。
磁場(chǎng)的方向規(guī)定：在磁場(chǎng)中的某一點(diǎn)，小磁針靜止時(shí)北極所指的方向，就是該點(diǎn)磁場(chǎng)的方向。
磁感線：在磁場(chǎng)中畫(huà)一些有方向的曲線。任何一點(diǎn)的曲線方向都跟放在該點(diǎn)的磁針北極所指的方向一致。磁感線的方向：在用磁感線描述磁場(chǎng)時(shí)，磁感線都是從磁體的N極出發(fā)，回到磁體的S極。
說(shuō)明：
①磁感線是為了直觀、形象地描述磁場(chǎng)而引入的帶方向的曲線，不是客觀存在的。但磁場(chǎng)客觀存在.
②磁感線是封閉的曲線。
③磁感線的疏密程度表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。
④磁感線立體的分布在磁體周圍，而不是平面的。
?、荽鸥芯€不相交。
地磁場(chǎng)：在地球周圍的空間里存在的磁場(chǎng)，磁針指南北是因?yàn)槭艿降卮艌?chǎng)的作用。地磁極：地磁場(chǎng)的北極在地理的南極附近，地磁場(chǎng)的南極在地理的北極附近。磁偏角：地理的兩極和地磁的兩極并不不重合，這個(gè)現(xiàn)象最先由我國(guó)宋代的沈括發(fā)現(xiàn)。
三、電生磁
電流的磁效應(yīng)通電導(dǎo)線的周圍存在磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的方向跟電流的方向有關(guān)，這種現(xiàn)象稱為電流的磁效應(yīng)。該現(xiàn)象在1820年被丹麥的物理學(xué)家?jiàn)W斯特發(fā)現(xiàn)。奧斯特是世界上第一個(gè)發(fā)現(xiàn)電與磁之間有聯(lián)系的人。
通電螺線管的磁場(chǎng)通電螺線管的磁場(chǎng)和條形磁鐵的磁場(chǎng)一樣。其兩端的極性跟電流方向有關(guān)，電流方向與磁極間的關(guān)系可由安培定則來(lái)判斷。
安培定則：用右手握螺線管，讓四指指向螺線管中電流的方向，則大拇指所指的那端就是螺線管的N極。
四、電磁鐵
電磁鐵在螺線管內(nèi)插入軟鐵芯，當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)有磁性，沒(méi)有電流時(shí)就失去磁性。這種磁體叫做電磁鐵。
工作原理：電流的磁效應(yīng)。
影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱的因素：電流越大，電磁鐵的磁性越強(qiáng);線圈匝數(shù)越多，電磁鐵的磁性越強(qiáng);插入鐵芯，電磁鐵的磁性會(huì)更強(qiáng)。
特點(diǎn)：其磁性的有無(wú)可由通斷電流來(lái)控制;其磁極方向可以通過(guò)改變電流方向來(lái)改變;其磁性強(qiáng)弱與電流大小、線圈匝數(shù)、有無(wú)鐵芯有關(guān)。
電磁鐵的應(yīng)用：電磁起重機(jī)、電磁繼電器。
五、電磁繼電器、揚(yáng)聲器
電磁繼電器是利用低電壓、弱電流電路的通斷，來(lái)間接地控制高電壓、強(qiáng)電流電路的裝置。
電磁繼電器：實(shí)質(zhì)是由電磁鐵控制的開(kāi)關(guān)。應(yīng)用：用低電壓弱電流控制高電壓強(qiáng)電流，進(jìn)行遠(yuǎn)距離操作和自動(dòng)控制。
揚(yáng)聲器是把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲信號(hào)的一種裝置。它主要由永久磁體、線圈和錐形紙盆組成。
六、電動(dòng)機(jī)
磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中要受到力的作用，力的方向跟電流的方向、磁感線的方向都有關(guān)系。當(dāng)電流的方向或者磁感線的方向變得相反時(shí)，通電導(dǎo)線受力的方向也變得相反。
電動(dòng)機(jī)主要由轉(zhuǎn)子和定子組成。電動(dòng)機(jī)是利用通電線圈在磁場(chǎng)里受力而轉(zhuǎn)動(dòng)的原理制成的。電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，線圈轉(zhuǎn)到平衡位置的瞬間，線圈中的電流斷開(kāi)，但由于線圈的慣性，線圈還可以繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)過(guò)此位置后，線圈中的電流方向靠換向器的作用而發(fā)生改變。
電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。電動(dòng)機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單控制方便、體積小、效率高、功率可大可小。
七、磁生電
電磁感應(yīng)由于導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生電流的現(xiàn)象，叫做電磁感應(yīng)現(xiàn)象，產(chǎn)生的電流叫做感應(yīng)電流。英國(guó)物理學(xué)家法拉第于1831年發(fā)現(xiàn)了利用磁場(chǎng)產(chǎn)生電流的條件和規(guī)律。產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件：閉合電路的部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)。
導(dǎo)體中感應(yīng)電流的方向：跟導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的方向和磁感線的方向有關(guān)。
發(fā)電機(jī)主要由轉(zhuǎn)子和定子組成。發(fā)電機(jī)的工作原理：電磁感應(yīng)現(xiàn)象。發(fā)電機(jī)在發(fā)電的過(guò)程中，把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。方向不斷變化的電流叫交變電流，簡(jiǎn)稱交流(AC)。我國(guó)電網(wǎng)以交流供電，頻率是50Hz，周期0.02s，電流方向1s改變100次。
電磁學(xué)物理發(fā)展
電磁波的發(fā)現(xiàn)由于歷史上的原因(最早，磁曾被認(rèn)為是與電獨(dú)立無(wú)關(guān)的現(xiàn)象)，同時(shí)也由于磁學(xué)本身的發(fā)展和應(yīng)用，如近代磁性材料和磁學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新的磁效應(yīng)和磁現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用等等，使得磁學(xué)的內(nèi)容不斷擴(kuò)大，而磁學(xué)在實(shí)際上也就作為一門(mén)和電學(xué)相平行的學(xué)科來(lái)研究。
麥克斯韋電磁理論的重大意義，不僅在于這個(gè)理論支配著一切宏觀電磁現(xiàn)象(包括靜電、穩(wěn)恒磁場(chǎng)、電磁感應(yīng)、電路、電磁波等等)，而且在于它將光學(xué)現(xiàn)象統(tǒng)一在這個(gè)理論框架之內(nèi)，深刻地影響著人們認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的思想。
和電磁學(xué)密切相關(guān)的是經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)，兩者在內(nèi)容上并沒(méi)有原則的區(qū)別。一般說(shuō)來(lái)，電磁學(xué)偏重于電磁現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)研究，從廣泛的電磁現(xiàn)象研究中歸納出電磁學(xué)的基本規(guī)律;經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)則偏重于理論方面，它以麥克斯韋方程組和洛倫茲力為基礎(chǔ)，研究電磁場(chǎng)分布，電磁波的激發(fā)、輻射和傳播，以及帶電粒子與電磁場(chǎng)的相互作用等電磁問(wèn)題，也可以說(shuō)，廣義的電磁學(xué)包含了經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)。關(guān)于相對(duì)論和量子理論對(duì)電磁學(xué)發(fā)展的影響，見(jiàn)相對(duì)論電動(dòng)力學(xué)、量子電動(dòng)力學(xué)。
麥克斯韋《電磁論》發(fā)表后，由于理論難懂，無(wú)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里并未受到重視和普遍承認(rèn)。1879年，柏林科學(xué)院設(shè)立了有獎(jiǎng)?wù)魑?，要求證明以下三個(gè)假設(shè)：①如果位移電流存在，必定會(huì)產(chǎn)生磁效應(yīng);②變化的磁力必定會(huì)使絕緣體介質(zhì)產(chǎn)生位移電流;③在空氣或真空中，上述兩個(gè)假設(shè)同樣成立。這次征文成為赫茲進(jìn)行電磁波實(shí)驗(yàn)的先導(dǎo)。
1885年，赫茲利用一個(gè)具有初級(jí)和次級(jí)兩個(gè)繞組的振蕩線圈進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，偶然發(fā)現(xiàn)：當(dāng)初級(jí)線圈中輸入一個(gè)脈沖電流時(shí)，次級(jí)繞組兩端的狹縫中間便產(chǎn)生電火花，，赫茲立刻想到，這可能是一種電磁共振現(xiàn)象。既然初級(jí)線圈的振蕩電流能夠激起次級(jí)線圈的電火花，那么它就能在鄰近介質(zhì)中產(chǎn)生振蕩的位移電流，這個(gè)位移電流又會(huì)反過(guò)來(lái)影響次級(jí)繞組的電火花發(fā)生的強(qiáng)弱變化。
1886年，赫茲設(shè)計(jì)了一種直線型開(kāi)放振蕩器留有間隙的環(huán)狀導(dǎo)線C作為感應(yīng)器，放在直線振蕩器AB附近，當(dāng)將脈沖電流輸入AB并在間隙產(chǎn)生火花時(shí)，在C的間隙也產(chǎn)生火花。實(shí)際這就是電磁波的產(chǎn)生、傳播和接收。
證明電磁波和光波的一致性：1888年3月赫茲對(duì)電磁波的速度進(jìn)行了測(cè)定，并在論文《論空氣中的電磁波和它們的反射》介紹了測(cè)定方法：赫茲利用電磁波形成的駐波測(cè)定相鄰兩個(gè)波節(jié)間的距離(半波長(zhǎng))，再結(jié)合振動(dòng)器的頻率計(jì)算出電磁波的速度。他在一個(gè)大屋子的一面墻上釘了一塊鉛皮，用來(lái)反射電磁波以形成駐波。在相距13米的地方用一個(gè)支流振動(dòng)器作為波源。用一個(gè)感應(yīng)線圈作為檢驗(yàn)器，沿駐波方向前后移動(dòng)，在波節(jié)處檢驗(yàn)器不產(chǎn)生火花，在波腹處產(chǎn)生的火花最強(qiáng)。用這個(gè)方法測(cè)出兩波節(jié)之間的長(zhǎng)度，從而確定電磁波的速度等于光速。1887年又設(shè)計(jì)了“感應(yīng)平衡器”：即將1886年的裝置一側(cè)放置了一塊金屬板D，然后將C調(diào)遠(yuǎn)使間隙不出現(xiàn)火花，再將金屬板D向AB和C方向移動(dòng)，C的間隙又出現(xiàn)電火花。這是因?yàn)镈中感應(yīng)出來(lái)的振蕩電流產(chǎn)生一個(gè)附加電磁場(chǎng)作用于C，當(dāng)D靠近時(shí)，C的平衡遭到破壞。 這一實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：振蕩器AB使附近的介質(zhì)交替極化而形成變化的位移電流，這種位移電流又影響“感應(yīng)平衡器C”的平衡狀態(tài)。使C出現(xiàn)電火花。當(dāng)D靠近C時(shí)，平衡狀態(tài)再次被破壞，C再次出現(xiàn)火花。從而證明了“位移電流”的存在。
赫茲又用金屬面使電磁波做45°角的反射;用金屬凹面鏡使電磁波聚焦;用金屬柵使電磁波發(fā)生偏振;以及用非金屬材料制成的大棱鏡使電磁波發(fā)生折射等。從而證明麥克斯韋光的電磁理論的正確性。至此麥克斯韋電磁場(chǎng)理論才被人們承認(rèn)。麥克斯韋因此被人們公認(rèn)是“自牛頓以后世界上最偉大的數(shù)學(xué)物理學(xué)家”。至此由法拉第開(kāi)創(chuàng)，麥克斯韋建立，赫茲驗(yàn)證的電磁場(chǎng)理論向全世界宣告了它的勝利。
電磁學(xué)創(chuàng)始任務(wù)
麥克斯韋是19世紀(jì)偉大的英國(guó)物理學(xué)家，經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)始人，統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的奠基人之一。
麥克斯韋1831年6月13日出生于愛(ài)丁堡。16歲時(shí)進(jìn)入愛(ài)丁堡大學(xué)，三年后轉(zhuǎn)入劍橋大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)，1854年畢業(yè)并留校任教，兩年后到蘇格蘭的馬里沙耳學(xué)院任自然哲學(xué)教授，1860年到倫敦國(guó)王學(xué)院任教，1871年受聘籌建劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室，并任第一任主任。1879年11月5日在劍橋逝世。
麥克斯韋集成并發(fā)展了法拉第關(guān)于電磁相互作用的思想，并于1865年發(fā)表了著名的《電磁場(chǎng)動(dòng)力學(xué)理論》的論文，將所有電磁現(xiàn)象概括為一組偏微分方程組，預(yù)言了電磁波的存在，并確認(rèn)光也是一種電磁波，從而創(chuàng)立了經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)。麥克斯韋還在氣體運(yùn)動(dòng)理論、光學(xué)、熱力學(xué)、彈性理論等方面有重要貢獻(xiàn)。
電磁學(xué)或稱電動(dòng)力學(xué)或經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)。之所以稱為經(jīng)典，是因?yàn)樗话ìF(xiàn)代的量子電動(dòng)力學(xué)的內(nèi)容。電動(dòng)力學(xué)這樣一個(gè)術(shù)語(yǔ)使用并不是非常嚴(yán)格，有時(shí)它也用來(lái)指電磁學(xué)中去除了靜電學(xué)、靜磁學(xué)后剩下的部分，是指電磁學(xué)與力學(xué)結(jié)合的部分。這個(gè)部分處理電磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子的力學(xué)影響。
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