电与磁 思维导图
中心主题：电与磁
电 的基础
- 1 电荷
- 本质: 物质的基本属性,分为正电荷与负电荷。
- 相互作用:
- 同种电荷相斥
- 异种电荷相吸
- 守恒定律: 在一个孤立系统中,电荷的总量保持不变。
- 单位: 库仑
- 2 电场
- 定义: 存在于电荷周围,对放入其中的其他电荷施加作用力的特殊物质。
- 性质: 矢量场,具有方向和大小。
- 形象化: 电场线
- 从正电荷出发,终止于负电荷。
- 不相交,切线方向为电场方向。
- 描述: 电场强度
- 3 电路
- 基本概念:
- 电流: 电荷的定向移动 (单位: 安培 A)
- 电压: 驱动电流的“压力” (单位: 伏特 V)
- 电阻**: 阻碍电流流动的属性 (单位: 欧姆 Ω)
- 基本定律:
- 欧姆定律: V = I × R
- 电路连接:
- 串联: 电流相同,电压相加。
- 并联: 电压相同,电流相加。
- 基本概念:
磁 的基础
- 1 磁体
- 性质: 能够吸引铁、钴、镍等物质的物体。
- 磁极:
- 南极
- 北极
- 定律: 同名磁极相斥,异名磁极相吸。
- 特点: 磁极总是成对出现,无法单独存在。
- 2 磁场
- 定义: 存在于磁体或电流周围,对放入其中的其他磁体或电流施加作用力的特殊物质。
- 性质: 矢量场,具有方向和大小。
- 形象化: 磁感线
- 在磁体外部，从N极出发,回到S极。
- 在磁体内部,从S极到N极。
- 闭合曲线,不相交。
- 3 地磁场
- 成因: 地核内部液态铁镍的流动。
- 表现: 地球本身像一个巨大的磁体，指南针的N极指向地理北极附近（地磁S极）。
电与磁的联系 (核心)
- 1 电流的磁效应 (奥斯特实验)
- 发现者: 奥斯特
- 通电导线周围存在磁场，电流的磁场方向可以用安培定则（右手螺旋定则）判断。
- 应用: 电磁铁、电动机。
- 2 电磁感应 (法拉第定律)
- 发现者: 法拉第
- 闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,导体中会产生感应电流。
- 核心条件:
- 电路必须闭合。
- 导体必须做切割磁感线运动（或穿过电路的磁通量发生变化）。
- 感应电流方向: 右手定则
- 应用: 发电机、变压器。
- 3 磁对电流的作用力 (安培力)
- 磁场对通电导线有力的作用。
- 方向判定: 左手定则
- 伸开左手，让磁感线穿过手心，四指指向电流方向,大拇指所指的方向就是导线受力方向。
- 应用: 电动机、扬声器、电表。
核心定律与定理
- 1 安培环路定理
描述了电流与它所激发的磁场之间的定量关系。
- 2 法拉第电磁感应定律
- 感应电动势的大小与穿过电路的磁通量的变化率成正比。
- 公式: ε = -N (ΔΦ / Δt) (负号代表楞次定律)
- 3 楞次定律
- 感应电流的方向,总是要使感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
- 本质: 能量守恒定律在电磁感应现象中的体现。
- 4 麦克斯韦方程组
- 地位: 经典电磁学的基石，统一了电、磁、光。
- 核心思想:
- 变化的磁场产生电场。
- 变化的电场产生磁场。
- 电和磁是同一电磁场的两种表现形式。
重要应用
- 1 发电机
- 原理: 电磁感应
- 作用: 将机械能转化为电能。
- 2 电动机
- 原理: 磁场对电流的作用力 (安培力)
- 作用: 将电能转化为机械能。
- 3 变压器
- 原理: 电磁感应
- 作用: 改变交流电的电压。
- 4 电磁铁
- 原理: 电流的磁效应
- 应用: 继电器、起重机、磁悬浮列车。
- 5 其他应用
- 扬声器/耳机: 电信号 → 线圈振动 → 纸盆振动发声。
- 磁卡/信用卡: 磁记录和读取。
- 核磁共振成像: 利用强磁场和射频波进行医学成像。
- 电磁炉: 利用变化的磁场在锅底产生涡流发热。
历史发展
- 古代: 发现了磁石（天然磁体）和摩擦起电现象。
- 1820年: 奥斯特发现电流的磁效应,揭开电与联系序幕。
- 1831年: 法拉第发现电磁感应,为发电机和变压器奠定基础。
- 1860s-1870s: 麦克斯韦建立电磁场理论,预言电磁波的存在。
- 1888年: 赫兹实验证实电磁波的存在。
- 20世纪至今: 电磁学理论发展为无线电、电视、雷达、移动通信、现代物理学等领域的基石。
