【通俗易懂】從電路到電磁場

直流電轉(zhuǎn)換成電能，電能通過導(dǎo)線傳遞到負(fù)載上，如下圖：為負(fù)極，兩端形成了電勢差（Vdc），也就存在了電場，方向從正極指向負(fù)極，方向相反。e當(dāng)用導(dǎo)線連接電池與負(fù)載構(gòu)成一個電路回路，假設(shè)為理想導(dǎo)線，內(nèi)阻為0，線跟所連接的正負(fù)極負(fù)載兩端也有這個電勢差（Vdc），所以負(fù)載內(nèi)部也有電場。勢體。0V，化學(xué)能搬移電子從正極到負(fù)1.2VNiNi1.2V1.2VRRR被化學(xué)能克服電場重新搬移到正極開始下一輪的循環(huán)。這里舉一個形象的實際例子，吊車把地面的石頭舉起來，石頭克服地球引力（等價于電池），之后平行搬移到另外一個地方（理想導(dǎo)線），放下石頭（對負(fù)載做功發(fā)熱），再把它平移回來（理想導(dǎo)線）。直流電模型中，整個回路的電子都可以理解為勻速移動的，兩根導(dǎo)線中因為不受力，所以勻速，電池中，化學(xué)能抵消電場力，所以勻速，負(fù)載中，電子與原子的碰撞發(fā)熱與電場力抵消，所以勻速。理想導(dǎo)體，關(guān)鍵在于“導(dǎo)”字，“導(dǎo)”就是通的意思。也就是沒有電場，所以不存在加速過程，只是勻速平移。很多人認(rèn)為，導(dǎo)體中有電流移動，所以就有電壓，其實，均勻的電流移動，是可以不需要電壓的，這個跟物理中的物體做勻速運動，不需要外力是一個道理。最終在導(dǎo)體中的電流大小，取決于負(fù)載上流過的電流大小。實際中的導(dǎo)體都不是理想導(dǎo)體，都是有內(nèi)阻的，所以會有一定的沿著導(dǎo)線方向的的。（感謝網(wǎng)友“大寶小莉啊”糾正），電流按照電感公U=L*I/T我們可以來一個總結(jié)：1、理想導(dǎo)體，因為是等電勢，所以內(nèi)部是沒有電場的。2EU/UD離。3關(guān)系。(NI)勵源。220VAC0.54mm0.1線外電場：E220/0.045500/550/線內(nèi)電場：E=0.1歐姆*N安培/1米=0.1N伏/米這個N根據(jù)實際電流大小決定，若為1安培，則導(dǎo)線內(nèi)的電場只有0.1伏/米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于線外的電場強度550伏/米，可以忽略不計。工頻交流電50Hz50Hz，我們先承認(rèn)基于電磁場理論的千公里的電力線傳輸，是需要考慮電磁場效應(yīng)的，我們先推算一下它的波長。波長=300000000/50=6000000米=6000千米。50Hz6000地球到底是圓的，還是平的，一個道理。直流電，我們可以認(rèn)為是頻率為0Hz的電磁波，它的波長是無窮大。高頻交流信號AM：525~1605KHz、FM：72~108MHzGSM900MHz1800MHzPCB為方便計算，考察300MHz信號，一秒鐘信號按正弦波規(guī)律變化300百萬次。波長（真空或空氣中）=300000000/300000000=1米1300MPCB200~300MHz（數(shù)字信號可以分解為各個正弦波以300MHzPCB3.9~4.2，4，（1）41/4=0.2525DDR212.5cm，01cm1/25*360=14.4DDR2我們忽略了什么？那么在低頻下，我們到底忽略了什么，讓太多的人無法理解高頻下的電磁場，甚至是抵觸。1與信號傳遞最高速度是光速這個常識違背。2了。第一點是信號的傳遞速度問題，也就是說，任何信號的傳遞是有一個定速的，雖然電磁場的傳遞速度是光速，非?？?，但是，無論多快，它還是有一個延時效應(yīng)（導(dǎo)線上信號的變化就是電場和磁場的變化電子。直位置。高速觀察波形出使用的頻率。我們假設(shè)用泰克(Tektronix)TDS3000C300MHz高頻信號波形。TDS3000C5GS/s，5G16.7Vdc300MHz1/4周期因為信號電0.25300MHz1/4Vdc，Vdc0V1/4，11/300M=3.33nS。傳輸線上電場和磁場分布如下圖：因為信號電300MHzVdc0V，如上圖，靠近信號源的(1)處的電壓對(2)次類推到負(fù)載(R)。為了分析的更清晰，我們對上圖的各點進(jìn)行進(jìn)一步的量化，20Vdc20V負(fù)極為-10V，四分之一周期后的波形如下圖所示。標(biāo)識(1)處10*Cos(75)=2.6V，(2)10*Cos(60)=5V,依次類推。兩導(dǎo)線對20V0V(1)與(2)2.4V，因為理想導(dǎo)線內(nèi)部是不允許有電場的，那么這個因為電場正弦分布引起的導(dǎo)線線電壓差必須要由另外一個反(1)(2)磁場，變小的磁場產(chǎn)生一個反電動勢抵消(1)、(2)的導(dǎo)線線電壓差，依次類推0A標(biāo)識(1)處以上感性的分析了四分之一周期300MHz的變化過程，這里面回避了三個問題。1、信號源電壓是正弦波變化，導(dǎo)線上的電場和磁場就一定是正弦波變化？相位就一定相同？2、電壓一定，負(fù)載一定，最大電流是一定的，若在這個電流下的正弦波磁場變化產(chǎn)生的反電動勢滿足不了導(dǎo)線線電壓差，情況將如何？配概念，這兩個問題在后面進(jìn)一步講解。1/2周期注意在傳輸300MHz1/20.51/2注意在傳輸0V，右邊的相反。3/4周期一個及多個300MHz0V，3/40.51/2R1/41/4一個及多個周期信號源300MHz10011R2信號源信號源300MHz20022R4個電流圈。信號源波粒二300MHz20022R4個電流圈，用圈表示，僅為形象簡化，表示半個周期，緊挨著的相反的一對為一個周期。波粒二象性msOS電磁場的傳輸很像現(xiàn)在的高速鐵路，傳輸線兩根導(dǎo)線，如同鐵軌，要均勻?qū)R，這樣適合電場和磁場均勻無變化的向前推進(jìn)，每節(jié)車廂里裝兩個圈圈，一正一反的，一個波長。這列火車有N節(jié)車廂，一直不停的往前開。阻抗匹配導(dǎo)線線方向我們看下圖：導(dǎo)線線方向的電壓差，由垂直圍繞導(dǎo)線的磁場變化產(chǎn)生的反電動勢來抵消。同理，導(dǎo)線線理解。傳輸線兩導(dǎo)線之間的電場分布如上左圖所示，當(dāng)這個電場變化的時候，會產(chǎn)生對應(yīng)垂直于電場的磁動勢，也就產(chǎn)生了磁場，如上右圖所示，實線為電場，虛線為磁場。變化的電場所產(chǎn)生的磁場，是垂直電場的，垂直導(dǎo)線，圍繞導(dǎo)線的。以上兩圖都來自網(wǎng)絡(luò)。這就是傳輸線里面，電磁場磁生電、電生磁本質(zhì)，都是為了一個平衡。1/4Z=E/H規(guī)的單元微分電容電感的概念比較容易獲得傳輸線阻抗,下圖是一種單元微分化L、C左圖模型是教科書常規(guī)的等效模型圖，但不能說準(zhǔn)確，只是示意，實際上LCLLC因為電磁場中，磁生電、電生磁，兩者是相互轉(zhuǎn)換的，這從能量守恒角度來講，電場能量必然等于磁場能量，所以有以下公式：1/2*C*U*U=1/2*L*I*I整理可得Z=SQR(L/C),SQR為根號方程(1)1/4開麥克斯韋方程了。方程(1)一部分是變化的電場產(chǎn)生的磁場。方程(2)為法拉利電磁感應(yīng)定律，因為現(xiàn)實中還不存在磁單極，所以電場只由變化的磁場產(chǎn)生。方程(3)因為不存在磁單極，所以磁場只存在漩渦磁場。方程(4)為高斯定律，因為存在正負(fù)電荷，所以存在激勵輻射電場。直于導(dǎo)線輻射的電場變化產(chǎn)生的反磁動勢來抵消，滿足方程(1)。繞導(dǎo)線的磁場變化產(chǎn)生的反電動勢來抵消，滿足方程(2)。按照(1)(2)C。振蕩與波波雖然在自然界也很常見，比如聲波、水波、振動波、電磁波。但大部分人對波的認(rèn)識還非常有限。我認(rèn)為對物理的認(rèn)知分為層面：1、點的認(rèn)知，懂加減乘除即可，貨物買賣就用這些知識。2、線的認(rèn)知，需要懂函數(shù)，計算推理一些簡單的公式，求解線性方程。3LC也是一種選項，只是我們常常被經(jīng)驗所左右，跳不出振蕩這個概念。LCY安培定律Y述，必須要基于三維坐標(biāo)軸空間表達(dá)。安培定律90Y、Z，Y、Z90Y、Z趨膚效應(yīng)產(chǎn)生對應(yīng)的磁場，這個磁場圍繞在所對應(yīng)導(dǎo)體的外部（方向不作標(biāo)記磁場是可以在導(dǎo)體內(nèi)部存在的。藍(lán)色導(dǎo)體的磁場由導(dǎo)體外的磁場一部分組成。綠色導(dǎo)體的磁場由導(dǎo)體外的磁場加綠色外的磁場兩部分組成。藍(lán)色導(dǎo)體的磁場由導(dǎo)體外的磁場一部分組成。紅色導(dǎo)體的磁場由導(dǎo)體外的磁場加綠色外的磁場再加紅色自己外面的磁場三部分組成。1/4V=R*I+L*dI/dT內(nèi)部存在磁場引起的效應(yīng)，這個效應(yīng)就叫趨膚效應(yīng)。若是理想導(dǎo)線，R=0，電感產(chǎn)生的反電動勢完全抵消線方向電壓差，這個時候0，產(chǎn)生的反