电磁学

电磁学 (Electromagnetism)

统一者	詹姆斯·克拉克·麦克斯韦
研究对象	静电、磁场、电磁波
核心力	洛伦兹力
物理常量	真空磁导率、真空介电常数

电磁学是物理学的一个重要分支，研究电、磁现象及其相互联系。它不仅揭示了自然界四种基本相互作用之一的电磁力，也为现代电气工程、电子工程及无线电技术奠定了理论基础。

核心知识模块

1. 静电学 (Electrostatics)

研究静止电荷产生的电场及其相互作用。

• 库仑定律： 描述点电荷间的相互作用力。
• 电通量与高斯定律： 揭示了电场线从正电荷发出、终止于负电荷的特性。
• 工程联系： 是研究 静电放电 及其防护设计的物理基础。

2. 恒定电流与磁场 (Magnetostatics)

研究运动电荷（电流）产生的磁场。

• 毕奥-萨伐尔定律： 计算电流元产生的磁场。
• 安培环路定律： 描述磁场强度的空间分布与电流的关系。
• 工程联系： 用于分析低频磁场干扰及功率电感的磁路设计。

3. 电磁感应 (Electromagnetic Induction)

研究变化的磁场如何产生电场。

• 法拉第感应定律： 当穿过回路的磁通量发生变化时，回路中产生感应电动势。
• 楞次定律： 感应电流的方向总是阻碍引起它的磁通量变化。
• 工程联系： 这是开关电源产生 共模干扰 以及变压器工作的核心机制。

4. 电磁波 (Electromagnetic Waves)

当电场与磁场交替变化并向空间传播时，形成电磁波。

• 传播特性： 具有折射、反射、衍射及干涉等波动属性。
• 波速计算： $v=1/\sqrt{\mu \epsilon }$。

麦克斯韦方程组的统一

电磁学的集大成者是麦克斯韦方程组，它将电场和磁场统一为一个整体——电磁场，并预言了电磁波的存在。这一理论使得人类从“研究电和磁”跨越到了“操纵波”的时代。

电磁学在 EMC 中的映射

• 电场耦合： 物理本质是两个导体间的分布电容（静电平衡过程）。
• 磁场耦合： 物理本质是两个回路间的互感（电磁感应过程）。
• 辐射发射： 物理本质是变化的电流通过导线（天线）向空间激发的电磁能量转换。

参见

• 麦克斯韦方程组
• 电磁理论
• 波阻抗
• 趋肤效应