课程概述

通过《走进电世界》这门课程的学习,我们知道电气工程是以电工科学中的理论和方法为基础形成的工程技术,其中电工科学则包括”电路理论”和”电磁场理论”,因此电磁场(工程电磁场)是电气工程及其自动化专业本科必修的专业基础课,也是后续学习《电机学》、《高电压技术》等课程的基础。

  本学期的《工程电磁场》课程采用MOOC方式教学,学生通过加入该课程的慕课堂完成出勤统计,并登陆中国大学MOOC平台在”学校云”下进行课程的视频学习。要求学生认真学习授课视频、完成课后作业,并做好学习笔记和上课签到,其中听课完成进度、课后作业成绩、学习笔记和出勤率会计入本课程的平时成绩。学习过程中如遇到问题可以在答疑区提问,课程负责人将统一组织时间进行答疑。MOOC视频资源来自北京交通大学电磁场与电磁波MOOC课程,该课程是北京交通大学校级精品课程、校级优质课建设课程,主讲教师邵小桃老师毕业于西安交通大学,长期从事电磁场与电磁波教学,有着丰富的教学经验。最后,希望同学们能够克服困难、认真学习。

PS:清华大学出版社教材可以在文泉学堂(https://lib-nuanxin.wqxuetang.com)注册后在线查看




证书要求

工程电磁场》课程成绩满分100分,由平时成绩和期末考试成绩组成,具体细则将按照沈阳理工大学线上教学的相关要求制定。

预备知识

《高等数学》课程相关知识点,如矢量分析、场论、线积分、面积分、体积分等内容;

《大学物理》课程中相关知识点,如电学和磁学部分的内容;

《电路分析》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。

授课大纲

第 1 讲 绪论 & 第 1 章 矢量分析

0.1 绪论

1.0   矢量分析导论

1.1 矢量运算

1.2 标量场与矢量场

1.3 正交坐标系与微分元

1.4  圆柱坐标系

1.5  圆柱坐标系的微分元

1.6  球坐标系与微分元

第 2 讲  第 1 章 矢量分析 续

1.7 标量场的方向导数和梯度

1.8 梯度的性质和物理意义

1.9 矢量场的通量

1.10 矢量场的散度

1.11 散度的物理意义

1.12 散度定理

1.13 环量和涡旋源 旋度的定义

1.14 旋度的数学计算式

1.15 旋度的性质

1.16 斯托克斯定理

1.17 三度小结

1.18 亥姆霍兹定理

第 3 讲  第 2 章 静电场

2.0 静电场导论

2.1  电场强度 库仑定律

2.2 电场强度计算

2.3  静电场的通量和散度

2.4  静电场的环量和旋度 静电场的基本方程

2.5  真空中静电场的基本方程的应用

第 4 讲  第 2 章 静电场 续1

2.6  电位的定义

2.7 电位的计算

2.8 电偶极子

2.9 介质的极化

2.10 极化介质的电位

2.11 介质中的高斯定律

2.12 介质中的高斯定律应用举例

静态场演示实验

静电起电机

静电除尘实验

静电电动机实验

静电风车实验

静电单摆实验

磁悬浮实验

第 5 讲  第 2 章 静电场 续2

2.13 静电场的边界条件

2.14 边界条件分析举例 1

2.15 边界条件分析举例 2

2.16 泊松方程与拉普拉斯方程

2.17 一维边值问题分析举例

第 9 讲 第 3 章 恒定电场

3.0 恒定电场导论

3.1 电流密度

3.2 恒定电场的基本方程

3.3 恒定电场的边界条件

第 10 讲 第 3 章 恒定电场 续

3.4 恒定电场与静电场的比拟应用

3.5 电阻和电导的计算

3.6 接地电阻 小结

第 3 章 讨论题

第 11 讲 第 4 章 恒定磁场

4.0 恒定磁场导论

4.1 安培力定律

4.2 磁感应强度

4.3 磁感应强度计算

4.4 洛伦兹力

4.5 真空中恒定磁场的基本方程

4.6 真空中恒定磁场的基本方程应用举例

第 12 讲 恒定磁场 续1

4.7 矢量磁位

4.8 磁偶极子

4.9 介质的磁化

4.10 磁介质中的安培环路定理

4.11 磁介质中的安培环路定理应用举例

第 13  讲 恒定磁场 续2

4.12  两种磁介质分界面上的边界条件

4.13 理想导磁体表面的边界条件

4.14  矢量磁位的边界条件 应用举例

4.15 标量磁位

第 14  讲 恒定磁场 续3

4.16  自感和互感

4.17  自感和互感的计算 1

4.18 自感和互感的计算 2

4.19  磁场能量 磁场力 举例 小结

第4章 讨论题

第 15 讲 时变电磁场

5.0 时变电磁场导论

5.1 法拉第电磁感应定律现象

5.2 法拉第电磁感应定律

5.3  法拉第电磁感应定律应用

5.4 位移电流的概念

5.5 似稳电磁场

第 16 讲 时变电磁场 续1

5.6 麦克斯韦方程组

5.7 无源区的麦克斯韦方程组

5.8 麦克斯韦方程组的应用

5.9 无源区的波动方程

5.10 电磁波的一般概念

5.11 时变电磁场的边界条件

5.12  时变电磁场的边界条件应用

第 6 讲  第 2 章 静电场 续3

2.18 格林定理 唯一性定理

2.19 直角坐标系的分离变量法

2.20 圆柱坐标系的分离变量法

2.21 球坐标系的分离变量法

第 7 讲  第 2 章 静电场 续4

2.22 平面镜像法

2.23 球面镜像法

参考资料

[1] 邵小桃等编著.电磁场与电磁波(M+Book).北京:清华大学出版社,北京交通大学出版社,2018

[2] 邵小桃等编著.电磁场与电磁波.北京:清华大学出版社,北京交通大学出版社,2014

[3] 李一玫.电磁场与电磁波,课后答案(第1 版).北京:清华大学出版社,北京交通大学出版社,2014

[4] 谢处方 饶克谨 杨显清 王园 赵家升 修订.电磁场与电磁波(第 4 版).北京:高等教育出版社,2006

[5] 杨儒贵.电磁场与电磁波(第 1 版).北京:高等教育出版社,2003

[6] 谢处方 饶克谨.电磁场与电磁波(第 3 版).北京:高等教育出版社,1999

[7] 王家礼 朱满座 路宏敏.电磁场与电磁波(第 1 版).西安:西安电子科技大学出版社,2000

[8] 邵小桃等译应用电磁学基础(Fawwaz T.Ulaby..,Fundamentals Of Applied Electromagnetics,Sixth 

 Edition.PEARSON).北京:清华大学出版社,2016

[9] 邵小桃等译电磁场基础(Nannapaneni Narayana Rao.Fundamentals Of Electromagnetics for

 Electrical and Computer Engineering.PEARSON).北京:电子工业出版社 2010, 2017

[10] JIN AU KONG. Electromagnetic Wave Theory影印版)北京:高等教育出版社2002

常见问题

Q.《电磁场》长久以来被认为最难的课程之一,如何才能有效学习?

A:主讲邵小桃老师在课堂上的口头禅“Follow me!”,“Don't worry, be happy!”在学生中广为流传。正如课程绪论中所讲,“我们要迎难而上,要认真学习,要以“3P”的精神去学习”。

   要掌握基本概念及其物理意义,要做到融会贯通,举一反三。看视频听课,要抓主线,抓重点、抓难点,掌握分析思路、掌握分析方法。在第一部分矢量分析学习中,重点掌握三度的物理意义和计算公式,在进行线、面、体的积分中,关键要理解和掌握线元矢量的意义;在第二部分静态场的学习中,老师反复强调源场的互求,那么,对于静电场、恒定电场、恒电磁场,必须要搞清楚产生它们场的源都是什么;在第三部分时变场的学习中,首先搞清楚时变场和静态场的不同点,时变场的重点是场场的互求,也就是时变电场和时变磁场的互求,重点掌握Maxwell方程组及其物理意义,用旋度的概念理解和记忆公式。

   最后相信大家,如果能够“Follow me!”,结果必将是“Don't worry, be happy!