《電動力學NanoImag》課件

電動力學NanoImag歡迎來到《電動力學NanoImag》課件。課程概述課程目標本課程旨在幫助學生理解電動力學的基本原理，并將其應用于納米成像領(lǐng)域。課程內(nèi)容課程內(nèi)容涵蓋電磁場理論、麥克斯韋方程組、電磁波、以及電磁波在微納米尺度的應用等。教學目標掌握電動力學的基本理論和方法。培養(yǎng)學生分析和解決電磁場問題的能力。了解電動力學在納米光學和納米成像等領(lǐng)域的應用。課程內(nèi)容簡介1電磁場理論基礎(chǔ)介紹電磁場的基本概念、定理和方程，包括庫侖定律、高斯定理、安培定律、法拉第電磁感應定律等。2電磁波的傳播與特性深入探討電磁波的傳播特性，包括波速、波長、頻率、偏振等。3電磁波在微納米尺度的應用重點介紹電磁波在納米光學、超材料、生物醫(yī)學等領(lǐng)域的應用，并探討其未來發(fā)展趨勢。電場的基本概念靜電場由靜止電荷產(chǎn)生的電場，稱為靜電場。電場強度電場強度是描述電場力的一個物理量，定義為單位正電荷在電場中所受的力。電勢電勢是描述電場能的一個物理量，定義為單位正電荷在電場中從參考點移動到該點所做的功。靜電場電荷分布靜電場由靜止電荷產(chǎn)生的電場。它是由靜止電荷的相互作用產(chǎn)生的力場。電場強度靜電場強度定義為單位正電荷所受的力，它是一個矢量量。電勢靜電場中電勢的定義為將單位正電荷從無窮遠處移到該點的功，它是一個標量量。電勢定義電勢是描述電場中某一點的能量狀態(tài)的物理量，表示單位正電荷從該點移到參考點所做的功。單位電勢的單位是伏特（V），它等于1焦耳（J）的功除以1庫侖（C）的電荷量。應用電勢是電學中重要的概念，它可以用于計算電場力、電勢差以及電場能等。電通量和高斯定理1電通量穿過曲面的電場線數(shù)量2高斯定理封閉曲面的電通量等于該曲面所包圍的凈電荷量3應用計算電場、電勢等物理量電介質(zhì)極化電介質(zhì)在電場的作用下，內(nèi)部的分子會發(fā)生極化，形成電偶極矩。介電常數(shù)電介質(zhì)的介電常數(shù)反映了電介質(zhì)的極化能力，數(shù)值越大，極化能力越強。電容與電容器儲能元件電容器是電子電路中常用的儲能元件，可以儲存電荷。結(jié)構(gòu)與原理電容器通常由兩個金屬板構(gòu)成，中間隔著絕緣層。電容定義電容是描述電容器儲存電荷能力的物理量，單位是法拉（F）。電流和電阻電流電流是指電荷在導體中定向移動的現(xiàn)象。電流的大小用電流強度表示，單位是安培(A)。電阻電阻是指導體對電流的阻礙作用。電阻的大小用電阻值表示，單位是歐姆(Ω)。電流密度電流密度描述了單位面積上的電流強度。它是矢量，其方向與電流方向一致。電流密度與導體截面積和電流強度成正比。電源1直流電源為電子設(shè)備提供穩(wěn)定的直流電壓，例如筆記本電腦適配器。2交流電源將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，例如手機充電器。3電池儲存化學能并將其轉(zhuǎn)換為電能，例如手機電池。歐姆定律喬治·歐姆德國物理學家喬治·歐姆在19世紀早期發(fā)現(xiàn)了歐姆定律，描述了電壓、電流和電阻之間的關(guān)系。電壓、電流和電阻歐姆定律指出，在恒定溫度下，通過導體的電流與導體兩端的電壓成正比，與導體的電阻成反比。電路元件電阻器電阻器是電路元件，用來限制電流。電容器電容器是用來存儲電荷的元件，可以用來濾波或儲存能量。電感器電感器是用來儲存磁場的元件，可以用來濾波或儲存能量。串并聯(lián)電路1串聯(lián)元件依次連接，電流相同，電壓疊加2并聯(lián)元件兩端共用節(jié)點，電壓相同，電流疊加3混合實際電路中，串聯(lián)和并聯(lián)混合使用電磁感應法拉第定律當穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化時，回路中就會產(chǎn)生感應電動勢。楞次定律感應電流的方向總是阻礙引起它的磁通量變化。應用電磁感應是許多重要技術(shù)的基礎(chǔ)，例如發(fā)電機、變壓器和電磁感應加熱。磁場磁力線磁場是由磁力線組成的，它們從磁體的北極出發(fā)，指向南極，并構(gòu)成閉合的曲線。磁感應強度磁感應強度是描述磁場強弱和方向的物理量，單位為特斯拉(T)。磁場源磁場是由運動的電荷或電流產(chǎn)生的，例如磁鐵、電流線圈和電磁波。磁感應強度定義磁感應強度是描述磁場強弱和方向的物理量，也稱為磁通密度。它是一個矢量，其方向與磁力線的方向一致。單位磁感應強度的國際單位制單位是特斯拉(T)，1特斯拉等于1牛頓每安培米(N/A·m)。應用磁感應強度在電磁學和電子學中有廣泛的應用，例如在電機、發(fā)電機、磁共振成像(MRI)和磁存儲設(shè)備中。法拉第電磁感應定律磁通量變化當穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化時，回路中就會產(chǎn)生感應電動勢。方向感應電流的方向總是試圖阻止產(chǎn)生它的磁通量變化。公式感應電動勢的大小等于穿過回路的磁通量變化率的負值。自感應電勢變化的磁通量當線圈中電流變化時，線圈本身產(chǎn)生的磁通量也會變化。感應電動勢根據(jù)法拉第電磁感應定律，變化的磁通量會在線圈中感應出電動勢。自感應電勢這種由線圈本身電流變化引起的感應電動勢稱為自感應電勢?；ジ袘妱?磁通量變化當一個線圈的電流變化時，會產(chǎn)生變化的磁場，進而影響到另一個線圈的磁通量。2感應電動勢這種磁通量的變化會在第二個線圈中感應出電動勢，稱為互感應電動勢。3互感系數(shù)互感應電動勢的大小與兩個線圈的幾何形狀、相對位置以及電流變化率有關(guān)。馬克斯韋方程組電場描述電場與電荷之間的關(guān)系。磁場描述磁場與電流之間的關(guān)系。電磁波描述電磁波的傳播規(guī)律。邊界條件電場邊界條件在不同介質(zhì)的交界面上，電場強度和電位移矢量滿足特定的關(guān)系。磁場邊界條件磁場強度和磁感應強度在不同介質(zhì)的交界面上也存在特定的邊界條件。電磁波電場與磁場電磁波是由相互垂直的電場和磁場構(gòu)成的，并以光速傳播。波長與頻率電磁波的波長和頻率成反比，頻率越高，波長越短。光譜電磁波譜涵蓋了各種波長，從無線電波到伽馬射線。發(fā)射與接收天線發(fā)射天線發(fā)射天線將電磁波能量轉(zhuǎn)換為無線電波，并將其輻射到空間。接收天線接收天線從空間捕獲無線電波，并將能量轉(zhuǎn)換為電信號。天線類型常見的類型包括偶極子天線、單極天線和螺旋天線。電磁波的傳播特性橫波特性電場和磁場相互垂直振動，并垂直于傳播方向。光速傳播電磁波在真空中以光速傳播，速度約為3x10^8米/秒。頻率和波長電磁波的頻率和波長成反比關(guān)系，頻率越高，波長越短。電磁波在微納米尺度的應用納米光學利用電磁波操控和探測納米尺度的物質(zhì)，例如納米材料的合成和表征。超材料設(shè)計和制造具有特殊光學性質(zhì)的超材料，實現(xiàn)對電磁波的精細控制和調(diào)控。光子芯片利用光子芯片實現(xiàn)高速、低能耗的光信