【編輯推薦】電子學領域的全部基本電磁定律,歸納/總結/點評

2021-02-15 21ic電子網

本貼是給沒有把握一定能活過80歲的電工,指明電子學基礎部分,必須要精通的知識,比如你是研究低頻電路的工程師,而且很少研究變壓器等磁性設計的,精通靜電學與直流部分,靜磁學了解即可,電磁學可以不懂。

對於感覺能活百把歲的電工,去學學四大力學,量子力學,概率統計,物理光學,電動學等去吧!反正閒著也是閒著。

毋庸置疑,最重要的,最牛的特等定律,就是能量守恆原理,在這裡,它處於全部定律金字塔之頂!

定義,能量守恆原理--物理界中的能量既不會被創生,也不會被消滅,它只能從一種形式轉化為另一種形式。

比如歐姆定律,它是將電壓(一種能量形式--電勢能)通過比例因子R等價轉化為電流(另一種能量形式-動能)。

與能量守恆原理密切相關的另一個基本原理,是物質守恆原理。質能方程E=mc2是兩者聯繫的橋梁!物質守恆可視為能量守恆的特例!因為物質是能量壓縮的形式!

遺憾的是,能量守恆原理無法推斷能量的起源!這是現代物理學的制約因素!

全部定律中,過了能量守恆原理這個特等定律,就是四個一級定律:

1.電子學高斯定理。

2.磁學高斯定理

3.發拉弟定律

4.安培定律

4個定律+3個本構關係(E,D,H,B,J,E)得到麥克斯維方程組。

說這個的書太多,公式什麼的自己找,略。

二級定律:

1.標量泊松和拉普拉斯方程

2.矢量泊松方程

3.波動方程

4.傳輸線與波導方程

5亥姆霍茲方程

5.電磁歐姆定律

6.電磁庫倫定律

7.電磁基爾霍夫定律

關係梳理:

根據麥氏方程,可將電子學分為三大學科~靜電學與直流,靜磁學和電磁學。

靜電學中有五大基本定律:標量泊松方程(有電荷分布的區域的電位要滿足的方程),▽^2Ф=-ρ/ε

拉普拉斯方程(自由空間中的電位所滿月的方程),▽^2Ф=0

電庫倫定律

電歐姆定律

電基爾霍夫定律

第二大分支是靜磁學,有四大基本定律:

矢量泊松方程,▽^2 A=-uJ

磁庫倫定律(磁極間的作用力所滿月的定律)

磁歐姆定律

磁基爾霍夫定律,磁基爾霍夫電壓定律∑ΔHiLi=0,電流定律∑Ф=0

由靜電學和直流+靜磁學=低頻電子學!!!!

第三分支是電磁學,方程有三:

廣義波動方程,用於處理廣義的時變電場及其產生的波。

亥姆霍茲方程,處理時諧場及波。

傳輸線與波導中的波的波動方程。

低頻電子學+上面方程=射頻微波電子學!

注:以上定律方程,只是科學基礎兩部分之一:自然定律!所以它不是全部,小部分而已。

倘若把一門完整科學視做金字塔,頂部是基礎部分,包含基本假設和自然定律,中部是基本概念,包含術語,定理,理論和分析,圖表和曲線,設計方法技術,應用技術,製造原理,等等!而最下層是應用,包含應用軟體,技術推廣應用等。

具體到電子學,該金字塔頂部是:4個基本假設+麥氏方程組。中部基本概念包括:術語,電子學原理,波動理論和分析,Smith原圖和網絡參量轉換表,無源和有源器件·電路·網絡的分析與綜合。底部應用有有應用軟體,直流和低頻器件/電路/網絡,射頻器件網絡,微波和非線性器件/電路/網絡等。

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