物理電磁學知識點總結(jié)
物理電磁學知識點總結(jié)
電磁學是物理學的一個分支,起源于近代。廣義的電磁學可以說是包含電學和磁學,但狹義來說是一門探討電性與磁性交互關(guān)系的學科。下面是學習啦小編為你整理的物理電磁學知識點,一起來看看吧。
物理電磁學知識點
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:磁體上磁性最強的部分叫磁極。磁體兩端的磁性最強,中間最弱。水平面自由轉(zhuǎn)動的磁體,靜止時指南的磁極叫南極(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。一個永磁體分成多部分后,每一部分仍存在兩個磁極。
磁化:使原來沒有磁性的物體獲得磁性的過程。
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為鐵釘被磁化后,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:
?、俑鶕?jù)磁體的吸鐵性判斷。
②根據(jù)磁體的指向性判斷。
③根據(jù)磁體相互作用規(guī)律判斷。
④根據(jù)磁極的磁性最強判斷。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、計算機軟盤上的磁性材料就具有硬磁性。
二、磁場
磁場:磁體周圍存在著的物質(zhì),它是一種看不見、摸不著的特殊物質(zhì)。磁場看不見、摸不著我們可以根據(jù)它對其他物體的作用來認識它。這里使用的是轉(zhuǎn)換法。(認識電流也運用了這種方法。)
磁場對放入其中的磁體產(chǎn)生力的作用。磁極間的相互作用是通過磁場而發(fā)生的。
磁場的方向規(guī)定:在磁場中的某一點,小磁針靜止時北極所指的方向,就是該點磁場的方向。
磁感線:在磁場中畫一些有方向的曲線。任何一點的曲線方向都跟放在該點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時,磁感線都是從磁體的N極出發(fā),回到磁體的S極。
說明:
①磁感線是為了直觀、形象地描述磁場而引入的帶方向的曲線,不是客觀存在的。但磁場客觀存在.
?、诖鸥芯€是封閉的曲線。
?、鄞鸥芯€的疏密程度表示磁場的強弱。
?、艽鸥芯€立體的分布在磁體周圍,而不是平面的。
⑤磁感線不相交。
地磁場:在地球周圍的空間里存在的磁場,磁針指南北是因為受到地磁場的作用。地磁極:地磁場的北極在地理的南極附近,地磁場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,這個現(xiàn)象最先由我國宋代的沈括發(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,磁場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年被丹麥的物理學家奧斯特發(fā)現(xiàn)。奧斯特是世界上第一個發(fā)現(xiàn)電與磁之間有聯(lián)系的人。
通電螺線管的磁場通電螺線管的磁場和條形磁鐵的磁場一樣。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,當有電流通過時有磁性,沒有電流時就失去磁性。這種磁體叫做電磁鐵。
工作原理:電流的磁效應(yīng)。
影響電磁鐵磁性強弱的因素:電流越大,電磁鐵的磁性越強;線圈匝數(shù)越多,電磁鐵的磁性越強;插入鐵芯,電磁鐵的磁性會更強。
特點:其磁性的有無可由通斷電流來控制;其磁極方向可以通過改變電流方向來改變;其磁性強弱與電流大小、線圈匝數(shù)、有無鐵芯有關(guān)。
電磁鐵的應(yīng)用:電磁起重機、電磁繼電器。
五、電磁繼電器、揚聲器
電磁繼電器是利用低電壓、弱電流電路的通斷,來間接地控制高電壓、強電流電路的裝置。
電磁繼電器:實質(zhì)是由電磁鐵控制的開關(guān)。應(yīng)用:用低電壓弱電流控制高電壓強電流,進行遠距離操作和自動控制。
揚聲器是把電信號轉(zhuǎn)換成聲信號的一種裝置。它主要由永久磁體、線圈和錐形紙盆組成。
六、電動機
磁場對通電導(dǎo)線的作用通電導(dǎo)線在磁場中要受到力的作用,力的方向跟電流的方向、磁感線的方向都有關(guān)系。當電流的方向或者磁感線的方向變得相反時,通電導(dǎo)線受力的方向也變得相反。
電動機主要由轉(zhuǎn)子和定子組成。電動機是利用通電線圈在磁場里受力而轉(zhuǎn)動的原理制成的。電動機在工作時,線圈轉(zhuǎn)到平衡位置的瞬間,線圈中的電流斷開,但由于線圈的慣性,線圈還可以繼續(xù)轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)過此位置后,線圈中的電流方向靠換向器的作用而發(fā)生改變。
電動機工作時,把電能轉(zhuǎn)化為機械能。電動機構(gòu)造簡單控制方便、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)體在磁場中運動而產(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。英國物理學家法拉第于1831年發(fā)現(xiàn)了利用磁場產(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)體在磁場中做切割磁感線的運動。
導(dǎo)體中感應(yīng)電流的方向:跟導(dǎo)體運動的方向和磁感線的方向有關(guān)。
發(fā)電機主要由轉(zhuǎn)子和定子組成。發(fā)電機的工作原理:電磁感應(yīng)現(xiàn)象。發(fā)電機在發(fā)電的過程中,把機械能轉(zhuǎn)化為電能。方向不斷變化的電流叫交變電流,簡稱交流(AC)。我國電網(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,磁曾被認為是與電獨立無關(guān)的現(xiàn)象),同時也由于磁學本身的發(fā)展和應(yīng)用,如近代磁性材料和磁學技術(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,使得磁學的內(nèi)容不斷擴大,而磁學在實際上也就作為一門和電學相平行的學科來研究。
麥克斯韋電磁理論的重大意義,不僅在于這個理論支配著一切宏觀電磁現(xiàn)象(包括靜電、穩(wěn)恒磁場、電磁感應(yīng)、電路、電磁波等等),而且在于它將光學現(xiàn)象統(tǒng)一在這個理論框架之內(nèi),深刻地影響著人們認識物質(zhì)世界的思想。
和電磁學密切相關(guān)的是經(jīng)典電動力學,兩者在內(nèi)容上并沒有原則的區(qū)別。一般說來,電磁學偏重于電磁現(xiàn)象的實驗研究,從廣泛的電磁現(xiàn)象研究中歸納出電磁學的基本規(guī)律;經(jīng)典電動力學則偏重于理論方面,它以麥克斯韋方程組和洛倫茲力為基礎(chǔ),研究電磁場分布,電磁波的激發(fā)、輻射和傳播,以及帶電粒子與電磁場的相互作用等電磁問題,也可以說,廣義的電磁學包含了經(jīng)典電動力學。關(guān)于相對論和量子理論對電磁學發(fā)展的影響,見相對論電動力學、量子電動力學。
麥克斯韋《電磁論》發(fā)表后,由于理論難懂,無實驗驗證,在相當長的一段時間里并未受到重視和普遍承認。1879年,柏林科學院設(shè)立了有獎?wù)魑?,要求證明以下三個假設(shè):①如果位移電流存在,必定會產(chǎn)生磁效應(yīng);②變化的磁力必定會使絕緣體介質(zhì)產(chǎn)生位移電流;③在空氣或真空中,上述兩個假設(shè)同樣成立。這次征文成為赫茲進行電磁波實驗的先導(dǎo)。
1885年,赫茲利用一個具有初級和次級兩個繞組的振蕩線圈進行實驗,偶然發(fā)現(xiàn):當初級線圈中輸入一個脈沖電流時,次級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。既然初級線圈的振蕩電流能夠激起次級線圈的電火花,那么它就能在鄰近介質(zhì)中產(chǎn)生振蕩的位移電流,這個位移電流又會反過來影響次級繞組的電火花發(fā)生的強弱變化。
1886年,赫茲設(shè)計了一種直線型開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,當將脈沖電流輸入AB并在間隙產(chǎn)生火花時,在C的間隙也產(chǎn)生火花。實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月赫茲對電磁波的速度進行了測定,并在論文《論空氣中的電磁波和它們的反射》介紹了測定方法:赫茲利用電磁波形成的駐波測定相鄰兩個波節(jié)間的距離(半波長),再結(jié)合振動器的頻率計算出電磁波的速度。他在一個大屋子的一面墻上釘了一塊鉛皮,用來反射電磁波以形成駐波。在相距13米的地方用一個支流振動器作為波源。用一個感應(yīng)線圈作為檢驗器,沿駐波方向前后移動,在波節(jié)處檢驗器不產(chǎn)生火花,在波腹處產(chǎn)生的火花最強。用這個方法測出兩波節(jié)之間的長度,從而確定電磁波的速度等于光速。1887年又設(shè)計了“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)遠使間隙不出現(xiàn)火花,再將金屬板D向AB和C方向移動,C的間隙又出現(xiàn)電火花。這是因為D中感應(yīng)出來的振蕩電流產(chǎn)生一個附加電磁場作用于C,當D靠近時,C的平衡遭到破壞。 這一實驗說明: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D靠近C時,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理論才被人們承認。麥克斯韋因此被人們公認是“自牛頓以后世界上最偉大的數(shù)學物理學家”。至此由法拉第開創(chuàng),麥克斯韋建立,赫茲驗證的電磁場理論向全世界宣告了它的勝利。
電磁學創(chuàng)始任務(wù)
麥克斯韋是19世紀偉大的英國物理學家,經(jīng)典電動力學的創(chuàng)始人,統(tǒng)計物理學的奠基人之一。
麥克斯韋1831年6月13日出生于愛丁堡。16歲時進入愛丁堡大學,三年后轉(zhuǎn)入劍橋大學學習數(shù)學,1854年畢業(yè)并留校任教,兩年后到蘇格蘭的馬里沙耳學院任自然哲學教授,1860年到倫敦國王學院任教,1871年受聘籌建劍橋大學卡文迪什實驗室,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《電磁場動力學理論》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,并確認光也是一種電磁波,從而創(chuàng)立了經(jīng)典電動力學。麥克斯韋還在氣體運動理論、光學、熱力學、彈性理論等方面有重要貢獻。
電磁學或稱電動力學或經(jīng)典電動力學。之所以稱為經(jīng)典,是因為它不包括現(xiàn)代的量子電動力學的內(nèi)容。電動力學這樣一個術(shù)語使用并不是非常嚴格,有時它也用來指電磁學中去除了靜電學、靜磁學后剩下的部分,是指電磁學與力學結(jié)合的部分。這個部分處理電磁場對帶電粒子的力學影響。
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