第 1 章电磁学基础
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1. 条款
2. 静电
3. 电荷守恒定律
4. 麦克斯韦方程组
1.条款
⑴ 充电
①定义：引起电现象的基本性质
② 电荷种类：正电荷、负电荷；同电荷相斥，异电荷相吸
③ 电荷量：电荷大小的测量
○ 单位：库仑（C）
○ 1个电子的电荷 = -1.6 × 10^-19 C
○ 1 C 中的电子数 = 6.25 × 10^18
○ 库仑定义与阿伏伽德罗数 (6.02 × 10^23) 无关
○ 1 mol 电子的电荷 = (6.02 × 10^23) × (1.6 × 10^-19) = 96,485 C
○ 由于基本电荷非常小，我们连续考虑电荷量
④ 铜在20℃时的电子密度为10^23电子/cm^3
⑤ 电荷分离产生电压，电荷流动产生电流
⑵ 电流
①定义：单位时间内带电粒子的净流量
○ 导体：允许自由电子流动，产生电流
○ 电解质：允许离子流动，产生电流
○ 真空管：正离子和电子产生电流
○ 单位：C/s = 安培（A）
② 当前方向
○ 电荷的运动：受力时电子移动，原子核保持静止
○ 电流方向：(+) 至 (-)
○ 自由电子的运动：(-) 到 (+)
○ 正电荷的移动：(+) 至 (-)
③ 类型1：漂移电流
○ 定义：导体中自由电子由于电场的作用而运动
○ 电子比正电荷具有更高的迁移率
○ 欧姆定律仅适用于漂移电流
○ 应用：场效应晶体管
④ 类型2：对流电流（扩散电流）
○ 定义：带电粒子通过对流或扩散的运动
○ 示例：真空管、稀薄气体
○ 应用：PN结二极管、BJT晶体管
⑤ 类型 3： 极化电流：随时间变化的极化
⑥ 类型 4： 位移电流：电荷密度随时间的变化，假设电流
⑶ 电势
① 电场：单位电荷的电力大小
② 电势：单位电荷的电势能
③ 电压：单位电荷分离电荷所需的能量（单位：焦耳/库仑=伏特）
④ 恒定电场区域的电场和电势
⑤ 电势-距离图的电场对应于切线的斜率
⑷ 功率：电气设备做功的速率，1 马力（hp）= 735 W
① 电阻功率
② 电动机功率
③ 力量的象征
○ 正值：能量转移到电路元件
○ 负值：电路元件耗散的能量
④ 提示：电阻器中的功率始终为正
○ 有电流时为正电源，无电流时为负电源
○ 注：该符号为约定俗成，不代表实际情况
图 1. 电阻器中功率符号的规则
⑤ 由于能量守恒定律，任何电路中的功率之和均为 0
⑸ 电场线
① 电场线：表示单位正电荷电场方向的曲线
② 等势面：等电位的表面连接点
③ 跟随电场线导致电势降低
④ 电场线与等势面垂直
⑹ 磁力线
2. 静电
⑴ 概述
①带电：物体获得电荷的现象
② 带电物体：获得电荷的物体
③ 摩擦电系列：根据材料摩擦时带电的倾向对材料进行排名
(+) 毛皮 → 玻璃 → 丝绸 → 木材 → 棉花 → 橡胶 → 塑料 → 硬橡胶 (-)
④ 导体不带静电荷：电荷分布均匀，不积累
⑵ 静电感应
① 摩擦充电：接触物体之间电子的转移
② 静电感应：物体内电子的运动
⑶ 应用1： 利用静电感应
① 复印机和打印机
图2. 复印机和打印机的原理
○ 第一第一。从光源发出的光
○ 第二第二。光从顶部扫描表面反射：黑色文本反射的光较少，白色背景反射的光较多
○ 第三第。反射光照射到复印机的感光鼓表面，失去正电荷
○ 第 4。与黑色文本相对应的区域保留其正电荷
○ 第五th。墨粉颗粒（碳粉）带负电，因此由于静电作用，请粘附在带正电的区域
○ 第六th。感光鼓顺时针旋转，将墨粉转移到纸张上
② 汽车涂装
图3. 汽车涂装原理
○ 第一第一。带正电的油漆颗粒喷洒到空气中
○ 第二第二。汽车表面因电子损失而感应出正电荷，吸引油漆颗粒
○ 第三第。由于静电引力，油漆颗粒粘附在汽车表面
○ 第 4。油漆颗粒具有相同的电荷，分布均匀，不会结块
③ 静电除尘器
图4. 静电除尘器原理
» ○ 第一第一。从放电电极发射的电子
○ 第二第二。释放的电子附着在发电厂或锅炉排放的灰尘上
○ 第三第。灰尘颗粒聚集在带静电的板上
④ 静电分离器
○ 静电分离和摩擦带电分离
图 5. 静电分离和摩擦充电分离
○ 电晕放电静电分离
图 6. 通过电晕放电进行静电分离
⑷ 应用2：防止静电损坏
① 避雷针
○ 第一第一。由于云中水蒸气颗粒之间的摩擦而积累电子
○ 第二第二。电子很重，沉入云层下方：云层的下部区域带负电
○ 第三第。由于感应，地面带正电
○ 第 4。避雷针具有较大的表面积与体积比，从而产生较高的正电荷密度
○ 第五th。避雷针形成强电场，电离空气并释放正电荷
○ 第六th。闪电被避雷针吸引
○ 避雷针正电荷密度高的原因
图 7. 避雷针上正电荷密度高的原因
○ 电荷可以在两个导体球表面自由移动
○ 电荷运动持续进行，直到导体球表面的电势相等
○ 原因：如果存在电位差，就会产生力
○ 球体半径越小，导体球体表面电场越大
② 防静电垫
图 8. 静电防护垫
○ 第一第一。加油站的汽油或柴油蒸气可能因静电放电而引起火灾
○ 第二第二。接触防静电垫可消除人体的极性
○ 第三第。人为静电电荷被最小化，降低火灾风险
3。电荷守恒定律： 电荷连续性方程
⑴ 定义：电荷既不产生也不消灭
⑵ 数学表达：利用散度定理
⑶ 物理解释
① 与电流定义相关
②宇宙总电荷为0
4。麦克斯韦方程⑴ 定律1： 高斯电定律
①定义：电场由电荷产生
○ 电路理论与高斯电定律相关
② 数学表达：利用散度定理
○ D代表电通量密度
○ 沿高斯表面的电场积分等于电荷除以介电常数
③ 示例 1： 距点电荷 q 距离 r 处的电场和电势（库仑定律）
④ 示例 2： 无限长带电导体中线电荷密度 λ (C/m) 产生的电场和电势
⑤ 示例 3： 由于无限带电平面导体上的表面电荷密度 σ (C/m^2) 产生的电场和电势
⑵ 定律2：高斯磁力定律
①定义：不存在磁单极子
② 数学表达
③ μH表示磁通密度
④ 量子力学上，磁单极子是可能的：在早期宇宙中假设
⑶ 定律3： 安培电路定律
① 定义：电流产生磁场
② 数学表达：利用格林定理
○ 在真空或空气中，B和H呈线性相关
○ 一般用磁场来表示
③ 物理解释
○ 通过电流或虚拟电流在空间周围产生磁场
○ 磁场方向遵循右手螺旋定则
⑷ 定律4： 法拉第电磁感应定律
①定义：变化的磁场感应出电流
② 数学表达：利用格林定理
③物理解释：通过任意表面改变磁通量会沿着表面边界感应出电流
⑸ 波动方程的推导
① 问题场景（稍后更新）
② 法拉第定律的运用
③ 安培电路定律的运用
④ 波动方程推导：可以推导出光速
输入：2019-07-07 18:57