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XuetangX

电磁场工程应用

Hunan University via XuetangX

Overview

电磁场已经渗透到我们生活的方方面面,国家核心科技和军事技术的进步,几乎都离不开电磁场的研究和利用。本课程从场的概念出发,结合工程实例(如为什么微波炉可以加热食物;为什么雷击时奶牛被严重击伤,人却安全无恙;易拉罐能增强WiFi信号吗;4G手机能否用于煤矿的井下和井上通信呢。),应用电磁场理论分析和解决实际电磁场工程问题,带领大家不断提高对电磁场问题的分析和相应的计算能力。课程具体包括以下章节:场的概念、静电场、恒定电场、恒定磁场、时变电磁场、均匀平面电磁波的传播、平面波的反射和透射。

Syllabus

  • 第0章 场的概念
    • 0.1 场与路
    • 0.2 矢量的基本运算
    • 0.3 场的直观表示--场线
    • 0.4 标量场的方向导数和梯度
    • 0.5 矢量场的分析
    • 0.5.1 矢量场的通量和散度
    • 0.5.2 矢量场的环量和旋度
    • 0.6 散度和旋度
    • 0.7 亥姆霍兹定理
  • 第1章 静电场
    • 1.1静电场的源
    • 1.2电场强度
    • 1.3电位
    • 1.4电偶极子
    • 1.5静电场中的导体和电介质
    • 1.6高斯定理
    • 1.7静电场的基本方程
    • 1.8静电场分界面的衔接条件
    • 1.9静电场的边值问题及求解
    • 1.10镜像法
    • 1.11电轴法
    • 1.12地球的电容-电容及求解
    • 1.13静电力与静电能量
    • 1.14高电压技术中的电场问题
    • 1.15电荷分布
  • 第2章 恒定电场
    • 2.1鱼塘大量死鱼之谜-电流及电流密度
    • 2.2三大定律
    • 2.3电源电动势和局外场强
    • 2.4恒定电场的基本方程和边界条件
    • 2.5电流为什么弯曲?--恒定电场边界条件的应用
    • 2.6恒定电场的边值问题
    • 2.7恒定电场与静电场的比拟
    • 2.8恒定电场的工程应用:电导和部分电导
    • 2.9别墅起火之谜--绝缘电阻
    • 2.10奶牛被严重击伤,人却安全无恙?--跨步电压
  • 第3章 恒定磁场
    • 3.1磁感应强度
    • 3.2磁场中的物质--磁化
    • 3.3安培环路定理
    • 3.4恒定磁场基本方程及分界面的衔接条件
    • 3.5 恒定磁场中的位函数
    • 3.5.1矢量磁位及其边值问题
    • 3.5.2标量磁位及其边值问题
    • 3.6恒定磁场中的镜像法
    • 3.7恒定磁场的工程应用:电感
    • 3.7.1自感和互感的概念
    • 3.7.2自感和互感的计算
    • 3.8恒定磁场的能量
    • 3.9磁场力
    • 3.9.1洛伦兹力(不做视频)
    • 3.9.2虚位移法
    • 3.9.3法拉第观点
    • 3.10磁路
  • 第4章 时变电磁场
    • 4.1电磁感应定律
    • 4.2感应电场
    • 4.3全电流定律
    • 4.4麦克斯韦方程组
    • 4.5坡印廷定律和坡印廷矢量
    • 4.5.1坡印廷定律和坡印廷矢量
    • 4.5.2坡印廷定理的应用
    • 4.6时变场的位函数
    • 4.6.1 动态位的引入
    • 4.6.2 动态位的积分解
    • 4.7时谐电磁场及其复数表示
    • 4.7.1时谐电磁场及其复数表示
    • 4.7.2麦克斯韦方程的复数形式
    • 4.7.3复介电常数
    • 4.7.4坡印廷定理的复数形式
    • 4.7.5时谐场的坡印廷矢量
    • 4.7.6时变场计算实例
  • 第5章 均匀平面电磁波
    • 5.1 均匀平面电磁波的概念
    • 5.2 理想介质中的均匀平面波
    • 5.2.1 无界理想介质中平面波的方程
    • 5.2.2 无界理想介质中的平面波传播特性
    • 5.3 导电媒质中的均匀平面波
    • 5.3.1导电媒质中均匀平面波的方程
    • 5.3.2导电媒质中均匀平面波的传播特性
    • 5.3.3 4G手机能否用于煤矿的井上下通信?
    • 5.3.4潜艇通信困难?
    • 5.3.5良导体和良介质中均匀平面波的传播特性
    • 5.3.6趋肤效应
    • 5.3.7趋肤效应的工程应用2例
    • 5.4 电磁波的极化
    • 5.4.1 电磁波的极化
    • 5.4.2 圆极化的旋向判断
    • 5.4.3 极化的工程应用举例—立体电影
  • 第6章 平面电磁波的反射和透射
    • 6.1平面电磁波在分界面上的垂直入射
    • 6.1.1平面电磁波对一般导电媒质的垂直入射
    • 6.1.2均匀电磁波对理想导体平面的垂直入射
    • 6.1.3均匀平面波对理想介质分界面的垂直入射
    • 6.1.4易拉罐增强WiFi信号?
    • 6.2平面波在分界面上的斜入射
    • 6.2.1平面波在理想介质分界面上的斜入射
    • 6.2.2雷达测距和雷达低空盲区
    • 6.2.3光纤的传输原理—电磁波在理想介质表面的全反射
    • 6.2.4电磁波在理想介质表面的全透射
  • 期末考试
    • 模拟习题库(15套)
      • Maxwell仿真
        • MATLAB仿真
          • 工程案例
            • 动图
              • 课程思政
                • 教学设计
                  • 延伸阅读
                    • 考研真题及答案
                      • 注册电气工程师(供配电)考试大纲
                        • 在线习题库

                          Taught by

                          Yanghong Tan, , , , Yanqing Zhu, and Qingxiu Huang

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