简明电磁学概念介绍

发表于 2018-6-22 17:26

学习知识如果一开始深挖概念的内涵与外延，可能会事与愿违，导致只见树木不见森林。
而如果三言两语就能把基本概念的要害掌握住，然后再深挖，也是一种学习策略。

一，电磁学的适用范围

经典力学是基于牛顿定律的，而经典电磁理论是基于麦氏方程的，麦氏方程应用极广，但也不是万能的，对于原子尺度的现象和高速运动系统的电动学，则无能为力。

二，麦克斯韦方程介绍

麦克斯韦方程主要是由两个基本关系构成的：麦克斯韦-法拉第定律和麦克斯韦-安培定律。
麦克斯韦方程还包含另外两个基本关系，一个是说磁力线无始无终，一个说电力线或者同样是无终的，或者是起始于电荷。由于电荷守恒定律+两个基本关系式就可以推出，我们认为这两个方程并不包含新的信息，所以把它“冷落”了。

发表于 2018-6-22 17:40

三，媒介的重要概念

关于本构关系，必须搞清为何需要电导率，电容率和磁导率这三个参数！！！！
这个很重要！！！！！！

因为物质是由空间隔离的离散粒子组成的，而且其空间结构和特性并不完全相同，这些细节机理需要借助于量子力学，及固态电子学来研究，在电磁学中为省事起见，不研究这些细节，而是直接把物质视为连续媒介，具体来说是就是在场论中，认为电荷是连续分布的，直接用宏观量电容率，电导率和磁导率来描述它的外在特性，而不考虑内部细节。

简而言之，化离散为连续，就是这3个参量的使命。

发表于 2018-6-22 18:01

本帖最后由 xukun977 于 2018-6-22 18:07 编辑

四，掌握了上面这个要点，电磁学中诸多概念就可以秒杀了。
例如：

1，电荷密度ρ

力学中要研究质量密度，
如同米国和世界打贸易战一样，要适度等同回应，报复措施是必须的，不然没面子。
电学中当然要研究电荷密度了。

为何要电荷密度ρ这个概念啊？化离散为连续呗。

某区域中总电荷当然=点电荷之和+线积分+面积分+体积分了。叠加原理好用的很。

发表于 2018-6-22 18:24

按道理来说，我们可以由1+1=2这个加法，来定义减法2-1=1。
但是我们可以倒着玩，我们可以由2-1=1来反推出1+1=2！
即正着玩和倒着玩看起来各有道理，于是电磁学中有归纳法和演绎法两大阵营。

但是站在学习的角度看，演绎法是首选。流程简洁清晰漂亮。
归纳法固然符合历史研究顺序，符合科学研究流程和习惯，但是费力费时的毛病是避免不了的。

所以，我们是看不惯的“倒行逆施”，即根据次级定理来反推高级定理，这样看起来太扯淡了。例如根据毕奥萨伐尔定律来反推安培定律。

而电磁学中所有定律定理的级别顺序，我以前发过了。

发表于 2018-6-22 18:41

作者正着推也行，反着推也行，但是受害者是观众，绕来绕去的公式，看的观众是头晕眼花，大小便失禁。

大小失禁也就罢了，以健康换知识也是值得的，但就怕是邯郸学步，身体坏了，还没掌握基本概念。例如不许翻书，电通密度D是啥意思？如何定义？

发表于 2018-6-22 19:04

言归正传

2，电容率

电容率这个概念是怎么来的？

帅哥库伦研究力与电荷之间的关系，发现个规律：力（电场强度）正比于表面电荷密度！即F(E)& ρs
正比关系，加个常数电容率ε0就成等式了，即 ε0*E= ρs

然后记住这个常数 ε0=8.854*10^-12 F/m！

今天睡觉前，只要你记住一个公式 ε0*E= ρs，和一个常数 ε0=8.854*10^-12 F/m，就算大功告成了。
每天记一点点，慢慢积累，基本电磁学理论好学的很。

发表于 2018-6-22 20:10

2（1）相对电容率/介电常数 εr

根据楼上所学，我们知道对于真空中的平行板电容，其电场强度E=表面电荷密度ρs/ε0！
如果此时在俩极板间放入电介质板，由于电介质板中感应的电荷所产生电场强度E方向，和原来的E0方向相反，所以放入电介质板后，总的电场强度E是变小的。
为定量描述这个特点，我们定义相对介电常数/电容率εr为：

εr=E0/E

上式中E0是真空中的电场强度，E是加入电介质后的电场强度。两种情况下ρs是相同的，不变的！

2（2）电容率/介电常数 ε

上面定义了真空中的电场强度E0= ρs/ε0，
接着定义了 εr=E0/E，
根据这两个式子得出有电介质存在时的E=ρs/ε0εr

根据上式，定义ε=ε0*εr可以更方面表示E=ρs/ε

今天晚上，理解完介电常数和相对介电常数两个公式，任务就完成了，可吹着空调呼呼大睡了！

发表于 2018-6-26 19:35

电磁学书籍，铺天盖地到处都是，但是仅有少数作者注意一些细节的东西。

例如电流的定义，大多数场合都是i=dq/dt,只有少数人写成i=δq/δt!
有人可能会说，根据契约精神，少数要服从多数。

后者更严格。

发表于 2018-6-26 20:32

电流的认识过程也很漫长：

伏特发明他的电池之后，奥斯特有条件做实验证明电流可以产生磁场了。
安培证明电流彼此之间施加作用力。
早期的电子实验表明导体中的电流是由运动的电荷产生的。
尤其是1876的罗兰实验，证明了运动电荷可以产生磁场。
现代电子理论和量子力学证明这些认识是正确的。

大约2年前的年后，这个论坛聊过电流的分类，不过当时是表述二大爷鬼扯，观众也分不清个1234来。
我们这里的定义是和运算息息相关的，也就是说，这里的分类标准是计算方法和公式，显然，这样的分类方法是最好的！认识也是最深刻的。相比于其它分类方法，例如有的教材按照介质不同，把电流分为传导，电解和运流。这种分类方法是不科学的。

麦克斯韦为解决场方程的不一致问题，所提出的位移电流算是独特的一类。另一类最基本的电流是运流电流。

发表于 2018-6-26 21:06

由于我们的主打方向是低频模电，射频与微波等内容我们是不学的，所以电磁学方面我们只学习电磁定律和磁路。
RFIC专业的需要这些知识，混合IC设计的则只学点皮毛，加之这个东东比较难学，照本宣科美什么意思，所以略过不提：

发表于 2018-6-28 19:12

本帖最后由 xukun977 于 2018-6-28 22:01 编辑

电路基本定律全在这儿了：

这差不多刚好占了经典物理学定律的半壁江山。
经典物理学定律有11个席位：力学方面4个定律全被牛顿他老人家独吞了；高斯，法拉第，麦克斯韦，洛伦兹，安培几个人分享电磁学方面的5个定律；热力学第一，第二定律。

表面上看起来也就是几个定律，无非是记几个公式而已，看着不难，实际难点有三：
1，首先必须解决一个paradox问题，也就是我总是说要区别微分和偏微分的原因！

众所周知，电荷和磁流产生电场；电流产生磁场。这个“产生”必然牵扯到运动和场的问题，进而和相对运动有关。
例如有个场景：小明站在路边不动，小强拿个电荷q匀速直线运动，如果再有B场，这时小明和小强看到的电磁场景明显不同--小明看到的是一个运动的电荷，运动的电荷可以产生磁场；但小强看到的是一个静止的电荷，是不可以产生磁场的！那到底有没有产生磁场呢？

发表于 2018-6-28 19:14

题外话：学过电磁学，人家要是问为何3个电压表读数相同？要答：静电场是保守场，路径无关！

发表于 2018-7-14 13:59

你知道为什么散度不能用来表示无源场的密度吗？

发表于 2018-7-14 14:37

小营七郎发表于 2018-7-14 13:59
你知道为什么散度不能用来表示无源场的密度吗？

首先，最好不要用“无源场”这个术语，因为任意场都是有“源”的，所以按照这个术语的定义本身来理解是没问题的，但就是会让人迷惑和不解。
其次，问为何不用散度表示无源场，好比问我为何汽车不能在水塘里开一样，问题问的好尴尬。

发表于 2018-7-15 13:17

xukun977 发表于 2018-7-14 14:37
首先，最好不要用“无源场”这个术语，因为任意场都是有“源”的，所以按照这个术语的定义本身来理解是没 ...

你都没看清我问的是啥无源场不是没有你说的那个”源” 而是场线闭合的场，散度当然不是用来表示无源场，没看到密度两个字吗？电场场线密度可以用散度来表示因为电场场线不是闭合的磁场场线闭合的所以场线密度不可以用散度来表示而是重新定义一个旋度来表示请问这是为什么？

发表于 2018-7-15 16:53

小营七郎发表于 2018-7-15 13:17
你都没看清我问的是啥无源场不是没有你说的那个”源” 而是场线闭合的场，散度当然不是用来表示无源 ...

这个问题高大上了
1+1=2很简单，但是为何=2就是高大上的问题了。

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