基础知识_物理学中的电磁学概念与模型1
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这里说的自动控制,包含的内容很多,可以从两头开始建立知识系统与实践技能。纯粹的电力-电子-电器—涉及到物理的电磁学,则由静电学-点电荷及其静电场概念—基本要素开始。进一步则是动电学-电荷的运动及其电流的概念—基本要素-电流-电压-功率等。人们还发现电流带来的-电场、磁场、电容电感电阻等效应。当然还得有电子元器件及其电路、磁性元器件及其磁路、……
自然界中的现象—为什么?
自然界中的现象观察实验—特征提取—属性区分—模型化表达-可视化-数学化
最简单的—点电荷(单个电荷)--电场—仪器检验
最简单的—点电荷(单个电荷)形象化/可视化比喻—光源-光场—直观体验
形象化/可视化比喻-光场自然界中的现象—为什么?基本概念与定义-名词
电荷:
n自然界中有且只有两种电荷:丝绸摩擦过的玻璃棒带正电,毛皮摩擦过的橡胶棒带负电。电荷间的相互作用:同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。
n电荷守恒定律:电荷既不会创造,也不会消灭,只能从一个物体转移到另一个物体,或从物体的一个部分转移到另一个部分。
n“起电”的三种方法:摩擦起电,接触起电,感应起电。实质都是电子的转移引起:失去电子带正电,得到电子带等量负电。
n电荷特性的度量--电荷量Q:电荷的多少
元电荷:带最小电荷量的电荷。自然界中所有带电体带的电荷量都是元电荷的整数倍。
由此产生的电场及其数学模型
n物理模型化方法的结果—点电荷:相对于所研究的空间尺寸,不计大小与形状的带电体。通常用一个无半径的小球体代表。
n数学模型化方法电荷间的作用通过电场产生。电场是一种客观存在的一种物质。电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用。试验定量统计:库仑定律:真空中两个点电荷之间相互作用的静电力,跟它们的电荷量的乘积成正比,跟它们的距离的平方成反比。
公式:k=9×N·m2/C2
电场强度E:放入电场中的电荷所受电场力与它的电荷量q的比。E=F/q单位:N/C或V/m
电势差U:将电荷q从电场中的点A移至点B时,电场力对电荷所做的功WAB与电荷q的比。U=WAB/q。电势差是一个标量。公式中的三个物理量计算时要注意“+,-”符号。U=WAB/q只取决于电场两点位置,与W、q等无关。单位:V
电势φ:将电荷q从电场中的A点移至无穷远时,电场力对电荷所做功W与电荷q得比。通常取大地与无穷远处为零电势点。单位:V
n电子伏(eV)是电功、电势能的单位。1eV=1.6×10—19J。
n在同一等势面上移动电荷,电场力不做功。等势面一定电场线垂直。电场线的方向由高等势面指向低等势面。等势面越密,场强越大。
如果用向量来表达,梯度、散度、……等数学概念与计算可以更简洁地表达其物理本质。
如果电场强度足够大
如果电荷的数量聚集足够多
如果电荷的运动速度足够大,运动电荷的数量也多,电荷的电场效应-影响可以忽略不计。电荷的流动—电流就占主导位置,研究电流的特性、物理模型、数学模型就是另外一套样式。
最简单的模型就是电流的流动特性不变—常值-恒定参数的电流流动问题、……
……
由此模式思考,可以获得模型化的思想方法表征技术应用等。方法-想法很重要。
下一节继续:……