电磁现象是大自然最重要的现象之一,也是最早被科学家关心和研究的物理现象。高等学校工科电气、电子信息类专业主要课程的核心内容都是电磁现象在特定范围、条件下的体现,分析电磁现象的定性过程和定量方法是电气、电力和电机等应用学科的重要理论基础,是电气信息类本科学生必备的专业知识和技能,同时,电磁场理论也是一些交叉学科的生长点和新兴边缘学科的发展基础,该课程知识技能的掌握程度直接关系到所培养学生的基本素质。
爱因斯坦说:"自从牛顿奠定了理论物理学的基础以来,物理学的基础的最伟大变革,是由法拉第、麦克斯韦在电磁现象方面的工作所引起的。"以麦克斯韦方程组为核心的电磁场理论是电工、电子和信息技术的理论基础,是对宏观电磁现象最本质的描述,是电气工程领域学习登堂入室的“钥匙”,是我们探索新领域新应用的基础。随着国家核心科技和军事技术的迅速发展,对电磁场理论分析和计算也提出了新的挑战,需要我们去分析和探索工程实际和交叉学科中新的电磁现象的变化规律。
《电磁场》是电气信息类专业的一门专业核心课程,面向电气工程及其自动化专业和控制科学与工程专业的大二年级学生开设。
通过本课程的学习,在先修课程《高等数学》、《大学物理》、《工程数学(矢量分析与场论)》的基础上,能够利用微积分、矢量分析和场论等数学工具,对电磁场做深入分析,掌握电磁场的基本概念、基本规律及分析方法,包括麦克斯韦方程、静电场、稳恒电流场、恒定磁场、时变电磁场、准静态场和平面电磁波的理论与应用,能够建立起“场”的观点,能够对电气信息工程领域及日常生活中的电磁现象和过程进行初步分析,对一些简单电磁场问题进行定量计算,为后续专业课程的学习提供理论和技术支撑,为电气工程、电子和信息技术的发展奠定坚实的理论基础。
本课程需要提前对课本知识与概念进行预习,先学习课本上相关理论,再看视频,然后通过章节测试题,小组讨论,观看仿真演示,掌握电磁场的基本理论和计算分析方法。
1. 理解电磁场理论建立与发展的基本规律,了解在各种工程技术中电磁场分析与应用的重要作用,了解电磁基础理论研究的发展是科学技术的巨大进步所不可缺少的基石,是科学技术应用的前提条件。
2.深刻理解麦克斯韦方程组及构成关系,理解静电场、恒定磁场、时变电磁场中的各种电磁现象和基本概念,通过电磁场理论和分析方法的学习,使学生具有工程实践的初步能力,具有一定的工程意识,能够运用所学知识对工程问题抽象后的电磁场模型,进行数学分析和求解,最终得出相应物理解释的能力。
3.了解电磁场所涉及的标准电场、磁场、电磁场防护规定的国家标准,了解国内外对电磁场的法规与标准要求,培养学生在设计过程中遵循国家标准能力,了解这些法规与标准对电气设备设计以及在国内国际工程技术交流中的重要作用,学会遵守法规、利用法规,培养学生认真负责的工作态度。
4.通过以麦克斯韦方程组对称性及构成关系为内容的电磁场理论的学习,使学生建立“场”的观点,培养学生抽象逻辑思维的能力,辩证与发展的科学观。
5. 通过实际物理模型的电磁场计算与仿真分析,培养学生自主学习新知识、新技术、主动查阅资料,不断积累经验,善于举一反三的能力。
《电磁场》MOOC课程成绩满分100分,各教学环节成绩分布如下:
单元测验占总成绩的25%;
单元作业占总成绩的20%;
期末考试占总成绩的45%;
课程讨论占总成绩的10%。
绪论
欢迎来到《电磁场》课程!
第一章电磁场的物理基础
第三节 磁感应强度与磁场强度
第四节 电磁场基本方程组
第二节 电场强度与电位移矢量
第一节 电荷密度与电流密度
第一章作业
第一章章节测试
第二章 静电场
第一节 静电场基本方程及其微分形式
第三节 静电场的边值问题
第六节 电场能量与电场力
第四节 镜像法与电轴法
第二节 电位与电位梯度
第五节 多导体系统的部分电容
第二章作业
第二章作业2
第二章 章节测试
第三章 恒定电场
第一节 导电媒质中的恒定电场
第三节 静电比拟
第四节 电导与接地电阻
第二节 恒定电场的边值问题
第三章作业
第三章 章节测试
第四章 恒定磁场
第四节 磁场中的镜像法
第七节 磁路及其计算
第一节 恒定磁场基本方程及其微分形式
第六节 磁场能量与磁场力
第三节 矢量磁位
第二节 标量磁位
第五节 电感
第四章 章节测试
第五章 时变电磁场
第二节 坡印廷定理与坡印廷矢量
第三节 动态位及其波动方程
第四节 正弦电磁场
第一节 电磁场基本方程组
第五节 电磁辐射
第五章 章节测试
第六章 准静态电磁场
第四节 涡流损耗与电磁屏蔽
第一节 电准静态场
第五节 电路定律与交流阻抗
第二节 磁准静态场
第三节 集肤效应与邻近效应
第六章 章节测试
第七章 平面电磁波
第一节 电磁场波动方程
第四节 均匀平面电磁波的正入射
第二节 理想介质中的均匀平面波
第三节 导电媒质中的均匀平面波
第七章 章节测试
《高等数学》课程相关知识点,如线积分、面积分、体积分,二阶偏微分方程求解等内容;
《工程数学(矢量分析与场论)》课程相关知识点,如矢量分析、场论等内容;
《大学物理》课程相关知识点,如电学和磁学部分的内容;
《电路》课程中相关知识点,如基尔霍夫定律、电阻、电容、电感的定义及计算等内容。
孟昭敦,《电磁场导论》,北京,中国电力出版社;
冯慈璋 马西奎,《工程电磁场导论》,北京,高等教育出版社
Q : 《电磁场》一直被认为是电气工程最难的专业课,如何才能有效学习?
A : 首先在学习中要注意掌握电磁场涉及的基本概念以及相应的物理意义,看视频之前要先预习课本,课程中涉及到的数学方法要提前掌握。看视频听课过程中,要能够掌握电磁理论的基本概念,抓住重点,掌握基本分析方法。学习过程中,要随时总结,并与所学知识进行对比。