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电动力学课程

电动力学课程

  • 课程分类:电气工程
  • 主讲:山东大学  
  • 更新时间:2017-04-30 13:54
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    电动力学课程介绍
    电动力学的研究对象是电磁场的基本属性,它的运动规律以及它和带电物质之间的相互作用。本书在电磁学的基础上系统阐述电磁场的基本理论。
     
    电磁场是物质世界的重要组成部分之一。在生产实践和科学技术领域内,存在着大量和电磁场相关的问题。例如电力系统、凝聚态物理、天体物理、粒子加速器等,都涉及到不少宏观电磁场的理论问题。在迅变情况下,电磁场以电磁波的形式存在,其应用更为广泛。无线电波、热辐射、光波、X射线、γ射线等都是在不同波长范围内的电磁波,它们都有共同的规律。因此,掌握电磁场的基本理论对于生产实践和科学实验都有重大意义。
     
    电动力学是在人类对电磁现象的长期观察和生产活动的基础上发展起来的。18世纪中叶以后,在工业生产发展的推动下,开展了自然科学的试验探索,电磁学得到了较快的发展。人们研究了静电、静磁和电流等现象,总结出一些实验定律。但是,电磁学的重大进展是在人们认识到电现象和磁现象之间的深刻内在联系以后才开始的。1820年,奥斯特(Oersted)发现电流的磁效应;1831年,法拉第(Faraday)发现电磁感应定律,并提出场的概念。至此,电现象和磁现象不是孤立的,而是作为统一的整体开始被人们认识,因而从理论上总结电磁场普遍规律的条件已经具备。在这基础上,1864年麦克斯韦(Maxwell)把电磁规律归结为麦克斯韦方程组,并从理论上预言电磁波的存在。这一基本规律的掌握促进了电磁波的发现,而现代无线电技术的广泛应用又进一步丰富了电磁场理论,使我们现在对于电磁场的认识有了坚实的基础。本世纪以来,由于现代生产对认识物质微观结构的迫切要求,人们又进一步研究电磁场的微观性质,发展了量子电动力学。现在看来,电磁场已成为人们了解得比较深刻的物质存在形态,这正是和它在生产实践中的广泛应用分不开的。现代生产实践还对各种物质材料的电磁性能提出新的要求,象铁氧体、铁电体、超导体、等离子体、非线性介质等特殊物质的应用不断发展,这对电动力学不断提出新课题。激光技术的进展又使人们对电磁场微观结构与宏观场之间的关系有更深刻的理解。新的实践将继续推进电动力学理论的发展,人们对电磁场的认识是不可穷尽的。
     
    在电动力学的发展过程中,人们发现经典力学的时空观和电磁现象的新的实验事实发生矛盾。矛盾的解决导致新时空观的建立。狭义相对论就是在本世纪初(1905)由爱因斯坦(Einstein)建立起来的关于新时空观的理论。电动力学只有在新时空观的基础上才发展成为完整的、适用于任何惯性参考系的理论。相对论是现代物理学的重要基础理论之一,它对物理学的发展有着深远的影响。系统地阐述狭义相对论的基本理论是本课程的重要内容之一。
     
    学习电动力学课程的主要目的是:⑴掌握电磁场的基本规律,加深对电磁场性质和时空概念的理解;⑵获得本课程领域内分析和处理一些基本问题的初步能力,为以后解决实际问题打下基础;⑶通过电磁场运动规律和狭义相对论的学习,更深刻领会电磁场物质性,帮助我们加深辩证唯物主义的世界观。
     
    本课程主要阐述宏观电磁场理论。在第一章中我们分析各个试验定律,从其中总结出电磁场的普遍规律,建立麦克斯韦方程组和洛仑兹力公式。第二章和第三章讨论恒定电磁场的问题,着重说明恒定场的基本性质和求解电场和磁场问题一些基本方法。第四章讨论电磁波的传播,包括无界空间中电磁波的性质、界面上的反射折射以及有界空间中的电磁波问题。第五章讨论电磁波的辐射,介绍一般情况下势的概念和辐射电磁场的计算方法。第六章从电动力学的参考问题引入相对论时空观,由物理规律对惯性参考系协变的要求把电动力学基本方程表为思维形式,导出电磁场量在不同参考系间的变换,并说明相对论力学的基本概念。最后一章讨论带电粒子和电磁场的相互作用,并由此看出把宏观电动力学应用到微观领域的局限性。