关键词： 工程   电磁学   电磁原理   州立大学   弗吉尼亚   数学推导   库仑定律   作者  

摘要： 本书首次出版于2000年，为读者清晰的介绍了工程中用到的主要物理和电磁原理。本书作者为弗吉尼亚理工学院和州立大学的***。在本书中，作者深入介绍了许多其他教科书里未出现的有关论证的中间步骤的数学推导。作者首先验证了库仑定律和朴素的静电学原理，深入阐述了场和电势的概念。

关键词： 电磁轨道推进装置   结构力学   电磁学   有限元   数值分析  

摘要： 电磁轨道推进系统是一种借助电磁力来加速抛体运动的装置，主要由导轨和电枢组成。推进过程中，电流由一侧导轨流入，流经电枢，然后从另一侧导轨流出。电枢在电流及两导轨产生的强磁场作用下，受洛伦兹力沿着导轨加速滑动，并最终以一定速度抛射出去。\n 为了实现在有限长度导轨上电枢的高速推进，需要对整个推进系统施加大的脉冲电流。因此，在推进过程中会伴随着电磁扩散、热传导及结构变形等多物理过程。这些过程相互影响形成一个多物理场问题。本文就分别从结构力学、电磁学和热学角度分析研究了电磁轨道推进装置在推进过程中应力应变场、电磁场和热场的分布及变化情况。\n 本文主要借助Comsol分析软件，采用有限元法对整个电磁推进系统的多物理场进行分析。结构力学场分析中，利用给定的初始压缩量分析了电枢与导轨上初始应力与应变的分布。随后分别采用虚功法和推导法分析了两个平行导轨在实验电流下，产生的相互排斥的电磁力在导轨中的分布情况，计算并绘制出在推进过程中导轨相互间的电磁力变化曲线。电磁场分析中，首先对导轨的电感与电阻梯度进行分析。采用相位法、Matlab时频工具箱及Ansoft软件分析拟合出导轨的电感与电阻梯度随时间的变化曲线。随后对整个推进系统的电路进行仿真，模拟推进过程中电流、电枢速度及位移的变化情况。最后分别采用P-R格式的有限差分法和有限元法对二维和三维下推进装置电流与磁场分布进行仿真。而热场分析中，通过与电场分析耦合，模拟出推进装置的温度与热通量的分布图。\n 另外，还搭建了电磁轨道推进装置的实验平台。其中，利用脉冲电容器作为储能元件，火花间隙开关为放电开关，高速信号处理器为实验平台的控制及测量主控芯片。通过多次实验最终得到稳定的实验结果，并通过实验结果与仿真结果的对比，验证仿真程序的准确性，同时找出不足，从而进一步完善仿真程序。

关键词： 晶格波兹曼方法   电磁学   散射   极化方向   几何形状  

摘要： 本研究基于三维晶格波兹曼方法，先证明虚拟粒子的分布函数可以重建马克斯威方程组和电荷守恒方程式。然后应用晶格波兹曼方法，模拟不同极化方向且不同形状金属，其对于单一脉冲入射后的散射情形。主要完成的工作有：基于三维波兹曼的晶格模型，以及电场、磁感应场和电流等宏观量假设，用Chapman-Enskog展开晶格波兹曼BGK方程式，证明晶格波兹曼BGK方程式能满足宏观的电荷守恒定律、安培定律和法拉第定律。此外提出平均磁场的定义，改写原来三维晶格波兹曼模型的安培定律，使安培定律符合SI单位系统下的常用定义。本研究者提出数学上简单几何形状的表达形式，用双曲正切函数加减、相乘、平移和放大等技巧，描述二维之长方形、圆形、菱形的物体，将可以应用于介电物质、金属或导磁物质等建构。最后模拟TEz和TMz极化方向入射的脉冲波，探究电磁波打到圆形金属、长方形金属、菱形金属后所造成的散射场差异，并且计算金属物体之圆周方位接收到的回音宽强度。研究目的主要借由三维晶格波兹曼模型，模拟不同极化方向、不同几何形状金属的电磁散射情形。首先以电磁波在一维介电质的传播，测试晶格波兹曼模型。之后电磁波入射到一维金属交界面，观察电磁波的反弹情形及模型可靠性。最后讨论因为极化方向不同，造成爬行波存在与否，对散射结果的不同。另外比较菱形金属与其他两种形状的金属，所产生的散射图形差异。

关键词： 石墨烯纳米带   能带结构   空位缺陷   磁矩变化   集成电路   电磁学性能  

摘要： 由于其独特的物理化学性质，石墨烯自问世以来就迅速受到全世界研究者的广泛关注。随着摩尔定律不断触及极限，研究者们预言石墨烯很有可能会成为下一代集成电路的替代材料。然而，本征石墨烯带隙为零等固有特性限制了其在集成电路中的应用。研究者提出了各种方法对石墨烯的能带结构进行调制，其中石墨烯纳米带中引入空位缺陷的调制技术对于实现其在集成电路中的应用意义重大，因此这方面的研究很有必要。\n 本论文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算对石墨烯纳米带的能带结构进行系统的计算研究。首先计算了本征石墨烯纳米带的基本能带结构和相关电磁学特性，随后研究了空位缺陷特别是单空位的引入分别对扶手椅型和锯齿型石墨烯纳米带能带结构和电磁学性能的调制作用。\n 在扶手椅型石墨烯纳米带引入空位缺陷后，计算表明:\n (1)当单空位处于纳米带不同位置时，纳米带表现出恒定的金属性质。当单空位处于纳米带边缘时，系统结构最稳定;\n (2)当单空位缺陷浓度减小时，纳米带始终表现出金属性。随着单空位缺陷浓度的减小，其金属性越来越弱;\n (3)随着纳米带宽度的增加，表征纳米带金属性强弱的特征值可以分成三簇曲线，并且表现出振荡性地变化。\n 在锯齿型石墨烯纳米带中引入单空位缺陷后，计算表明:\n (1)当单空位处于纳米带边缘位置时，系统结构最稳定。部分能带结构中出现了平带。平带来源于单空位悬挂键的不饱和电子态。纳米带最小周期单元的总磁矩大小都在1至3μB之间;\n (2)当纳米带宽度增大后，纳米带表现出恒定的金属性;并且纳米带总磁矩与理论值更加接近;\n (3)单空位缺陷浓度降低以后，纳米带的电学和磁学性能都受到抑制。这表现在能带结构简并度显著提高和纳米带总磁矩明显减小等方面。\n 本文的计算结果为后续在石墨烯纳米带中引入空位缺陷的实验提供理论指导，并为研制新的纳米电子器件和自旋器件等提供了可能途径和设计思路。

关键词： 右手定律   电磁学   工作原理  

摘要： 右手在电磁学中的妙用，对认识和学习电磁理论非常重要，将左、右手定则转换成右手判定的方法，在解决一些综合性电磁现象的问题时尤为方便。

关键词： 纳米线   电阻开关效应   热自旋电子学   自旋阀   铁磁共振效应   输运性质  

摘要： 当物质的尺寸降到纳米量级时，纳米体系将会呈现出许多不同于宏观物体，也不同于单个孤立原子的奇异现象，例如巨磁阻效应，自旋扭矩效应，电阻开关效应等。由于纳米结构的多样性以及电子相互作用的复杂性，纳米系统中新的物理效应不断被发现，人们对纳米材料的电子输运特性远未达到一个清楚认识的地步，在这个领域还有广阔的研究空间。\n 本论文介绍了作者对纳米线中的电子输运特性的研究，主要内容包括:(1)相关的实验方法介绍，包括通过电化学沉积法制备纳米线，通过微纳加工法制备纳米线电学器件，通过探针台或机械接触法进行电学测试;(2) Ni/NiO核壳结构纳米线的电阻开关效应;(3)具有Co/Cu/Co自旋阀结构的纳米线的热自旋电子学效应。取得了以下主要研究成果:\n 1.通过电化学沉积法制备Ni纳米线，再通过室温氧化、微纳加工的方法制备Ni/NiO核壳结构电阻开关器件。通过电学测试，我们观测到该器件具有稳定的记忆型电阻开关效应。通过第一性原理计算，我们给出了产生电阻开关效应的物理机制是:在电压的作用下NiO中的氧空位发生迁移，形成导电丝。同时我们还发现，在电学测试中使用不同的限制电流，会影响电阻开关的类型——记忆型或阈值型。我们给出唯象的解释:限制电流影响导电丝的粗细，进而影响导电丝的稳定性，最终决定电阻开关的类型。2.通过电化学沉积法制备含有Co/Cu/Co自旋阀结构的Cu纳米线，通过机械接触的方法进行电学测试。我们通过两种方法建立温度梯度:焦耳热加热法和激光加热法，进而产生热自旋流。首次观测到热自旋流对FMR有调制作用。对于这一物理现象我们给出唯象的解释:即热自旋流通过热自旋扭矩作用(Thermal Spin Torque)作用使FMR的“转盘”变大，进而FMR峰的强度变大。

关键词： 相量法   阻抗   亥维赛   肯涅利   施泰因梅茨   历史  

摘要： 研究了促成相量法提出的三篇文献,分别探讨了它们的主要内容、成文背景和历史地位。结果表明:1886年7月,亥维赛在分析外加振荡电动势的效应及其在长途电话和电报信号传输中的应用时,首次提出"阻抗"术语,并将它定义为传输线上外加电动势振幅和电流振幅之比;1893年4月,肯涅利将亥维赛定义的传输线的阻抗推广到一般交流电路和设备的阻抗,并使用复数表示阻抗;1893年8月,施泰因梅茨为了分析通用电气公司为尼亚加拉瀑布水电站设计的三相系统中相间的不平衡现象,在肯涅利使用复数表示阻抗的基础上,用复数表示正弦电压和正弦电流,提出了相量法。

关键词： 对称性   电磁学   麦克斯韦方程组  

摘要： 对称性是物质世界的普遍规律,而在电磁学中,对称性更是有着重要应用。对称性不仅是各种电磁规律的本质体现,也是解决各类电磁学问题的有力工具。当系统在某种对称操作下状态不发生改变时,应用对称性往往能巧妙地发现其中隐藏的规律。

关键词： 迷思概念   电磁学   初中生   教学实践  

摘要： 研究表明，科学概念的形成会受到学生头脑中已有的观念和知识的影响。学生在学习系统科学知识之前，通过日常生活和以往的学习，头脑中充满了影响学生观察和理解的各种形式各种层次的原有概念，这些原有概念就叫前概念。其中有些前概念与科学规律是一致的，但也有很多前概念与当前的科学理论相违背，即我们所说的错误概念(misconception)又译“迷思概念“等。因此倡导教师在对待学生的前概念时，应充分利用学生前概念中的“正确的科学认识”进行教学内容和方法的取舍，教师将教学的关注点转向努力实现学生前概念中“迷思概念”的转化，达成科学常态课教学中学生的高效学习。国内就初中学生电磁学概念教学的研究成果数量较少。\n 基于上述背景，本研究主要针对初中八年级学生电磁学前概念调查及其如何进行教学优化的实证研究。围绕这一论题，主要进行了以下三个方面的研究:\n 首先是搜集和梳理国内外学者对前概念及概念转变的研究概况、综述前概念、概念转变的理论内容，并明确了研究的理论基础。\n 其次是结合初中科学课程标准与教学实践，对初中学生关于电磁学部分的前概念（主要包括磁性、磁极及其相互作用规律、磁化、指南针为什么能指方向等内容）进行了调查研究，并对调查结果进行分析。\n 再次是基于调查分析发现学生中普遍存在的一些前概念中的迷思概念进行教学优化实践，并就如何合理利用学生科学概念、如何进行实验优化等教学优化策略进行了实践思考。\n 研究结果表明，初中学生对磁的认识具有多样性和复杂性，并且存在许多片面的和错误的前概念。在磁性方面更认同磁铁能吸引大部分金属或全部金属，学生对金属的认识不够全面，影响磁性的科学认识，学生的一些前概念与教师的不当行为有联系。学生对磁极和磁极间的相互作用规律的认识较好。在磁化和指南针指方向的理解上，学生回答问题的层次在多点以上的比例较低，而没有得分的前结构和单点结构比例较高，应引起教师的关注。调查还发现让学生建构大概念对问题的解决是比较有效的。\n 在前概念的差异性分析中发现不同地域的班级尤其是山区学校学生对电磁学概念与其他学校差异显著。男女学生对电磁学概念的理解上没有显著的性别差异，但整体上男生平均得分高于女生，且男女学生对磁性概念的理解上有显著的性别差异，这也与访谈中发现男生对磁现象的体验比女生要丰富的情况相符。\n 借助文献研究和调查访谈的归因发现，初中学生电磁学前概念特征与其他科学知识的前概念特征是相似的。结合前概念分析，我们采用教学优化开展概念转变的教学，充分利用学生已有的科学前概念，应用基于活动原理的教学，采用实验优化等策略重点解决学科核心知识与学生迷思概念结合的教学内容，达成学生的概念转变。通过教学分析发现，基于前概念调查优化设计，采用尝试探究、实验教学等学习阶段的实施，学生对磁的相关概念理解的合理性和准确性、答题的自信心、多维的教学目标的实现等有一定的成效。\n 在研究展望阶段，文章还对课题研究进行反思，就SOLO分类评价理论在前概念调查中应用的优缺点等进行了评析。

关键词： 质能方程   动能定理   相对论   引力波   电磁学   量子论  

摘要： 题目意思是运动的质量会产生能量,运动的能量会产生质量。本文介绍因为爱因斯坦一个小小的失误,导致现代物理学出现了许多矛盾,而我提出"动质生能,动能生质"这个假说纠正了失误,并且从多个方面看都能证明这个假说,如果应用这篇假说,会发现许多科学难题都会得到解决,发现物理学的美和统一。这篇假说根本思想认为现实中不存在两个绝对的相对静止的参考系,每一个参考系都有波动性。