電磁[電磁物理]

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電磁,物理概念之一,是物質所表現的電性和磁性的統稱。如電磁感應、電磁波等等。電磁是丹麥科學家奧斯特發現的。電磁現象產生的原因在於電荷運動產生波動,形成磁場,因此所有的電磁現象都離不開電場。電磁學是研究電場和磁場的相互作用現象,及其規律和套用的物理學分支學科。麥克斯韋關於變化電場產生磁場的假設,奠定了電磁學的整個理論體系,發展了對現代文明起重大影響的電工和電子技術,深刻地影響著人們認識物質世界的思想。

基本信息

產生原理

電磁[電磁物理] 電磁[電磁物理]

電磁是能量的反應是物質所表現的電性和磁性的統稱,如電磁感應、電磁波、電磁場等等。所有的電磁現象都離不開電場;而磁場是由運動電荷(電量)產生的。

運動電荷可以產生波動。其波動機理為:運動電荷e運動時,必然受到其毗鄰e地阻礙,表現為運動電荷帶動其毗鄰1向上運動,即毗鄰隨同運動電荷 e一起向上運動;當毗鄰1向上運動時,必然受到其自身毗鄰1地阻礙,表現為毗鄰1帶動其自身毗鄰向上運動,即毗鄰2隨同毗鄰1一起向上運動。這樣以此向前傳播,形成波動。顯然,真空中這種波動的傳播速度為光速。

電磁質量

電子質量中起源於電磁場的部分。它的數值可以從勻速運動電子的電磁場動量或依據,質能關係式從靜止電子的靜電場能量作出估計。在電子論的發展初期,曾假定電子的電磁質量等於在實驗中測定的質量。並由此算出他的半徑,這半徑稱為電子的經典半徑。

當物體具有電場或具有磁場時,對此物體進行電禁止或磁禁止,用天平稱量,全部裝置(包括禁止體),稱量出的數據與未有電場或磁場是不相同的。

天平稱量得到的數據是質量,由於對物體進行了禁止,稱量過程對天平是沒有干擾。稱量結果數據是有效的。由此,對同一物體來說,除了常規質量,還存在電磁質量。

實驗方法

直線電流為例,運動電荷產生的波動,以小磁針 N處於直線電流 I的右側,當把小磁針 N簡化成一個環形電流 abcd時,雖然點 a 、 b 、 c 、 d都處於直線電流 I的波動範圍之內,但點 a 、 b 、 c 、 d處毗鄰運動的能量大小不等。顯然, E a> E c, E b= E d。這樣一來,直線電流 I的波動對小磁針 N的環形電流 abcd就有一個順時針的力矩。該力矩作用於繞核鏇轉的電子,使其順時針鏇轉,其巨觀表現為小磁針 N的北極垂直紙面向外。

然電流產生的波動可以影響小磁針的偏轉,說明該波動具有客觀實在性;兩個具有客觀實在性的波動相遇時肯定會相互影響。

直線電流 I2處於直線電流 I1的波動範圍內, I1、 I2同向並在同一個平面內,直線電流 I1、 I2把空間分成 A 、 B 、 C三個區域。分析直線電流 I1波動時所形成的毗鄰運動,知區域 A內毗鄰運動的能量大於區域 C內毗鄰運動的能量。當直線電流 I2波動傳播時,在區域 A內受到的阻力就要小於在區域 C內受到的阻力。這樣電流 I2波動時在區域 A內的傳播速度 vA就要大於在區域 C的傳播速度 vC,即 vA> v C。根據“光速不變原理”,這是不穩定的。因此直線電流 I2有靠近直線電流 I1的趨勢,以使 vA= v C= c,表現為同向直線電流相吸。

電荷運動可以產生波動。該波動不但會對小磁針的偏轉產生影響,而且波動之間也能互相影響,從而成功地解釋了電磁現象。

可以看出,從運動電荷入手,分析運動電荷產生的波動,可以得到所謂的“磁場”;分析兩個波動的相互影響,可以解釋“同向直線電流相吸”等電磁現象。

理論研究

電磁學是研究電磁和電磁的相互作用現象,及其規律和套用的物理學分支學科。

早期,由於磁現象曾被認為是與電現象獨立無關的,同時也由於磁學本身的發展和套用,如近代磁性材料和磁學技術的發展,新的磁效應和磁現象的發現和套用等等,使得磁學的內容不斷擴大,所以磁學在實際上也就作為一門和電學相平行的學科來研究了。

電磁學從原來互相獨立的兩門科學(電學、磁學)發展成為物理學中一個完整的分支學科,主要是基於兩個重要的實驗發現,即電流的磁效應和變化的磁場的電效應。這兩個實驗現象,加上麥克斯韋關於變化電場產生磁場的假設,奠定了電磁學的整個理論體系,發展了對現代文明起重大影響的電工和電子技術。

根據近代物理學的觀點,磁的現象是由運動電荷所產生的,因而在電學的範圍內必然不同程度地包含磁學的內容。所以,電磁學和電學的內容很難截然劃分,而“電學”有時也就作為“電磁學”的簡稱。

麥克斯韋電磁理論的重大意義,不僅在於這個理論支配著一切巨觀電磁現象(包括靜電、穩恆磁場、電磁感應、電路、電磁波等等),而且在於它將光學現象統一在這個理論框架之內,深刻地影響著人們認識物質世界的思想。

電子的發現,使電磁學和原子與物質結構的理論結合了起來,洛倫茲的電子論把物質的巨觀電磁性質歸結為原子中電子的效應,統一地解釋了電、磁、光現象。

和電磁學密切相關的是經典電動力學,兩者在內容上並沒有原則的區別。一般說來,電磁學偏重於電磁現象的實驗研究,從廣泛的電磁現象研究中歸納出電磁學的基本規律;經典電動力學則偏重於理論方面,它以麥克斯韋方程組和洛倫茲力為基礎,研究電磁場分布,電磁波的激發、輻射和傳播,以及帶電粒子與電磁場的相互作用等電磁問題,也可以說,廣義的電磁學包含了經典電動力學。

電磁能量的工作方式

公式 公式

在穩定狀態下,電流的波形如圖所示的情況,此時它們的磁通增量△Φ在開關管導通ton時間內的變化,必須等於在反激時間內的變化。

因此由上式可知,如果磁通增量相等的工作點穩定建立時,變壓器初級繞組每匝的伏一秒值必然等於次級繞組每匝的伏一秒值。

圖 在穩定狀態下的電流波形 圖 在穩定狀態下的電流波形

通過控制開關管的導通占空比,來調定初級峰值電流,然而在開關管關斷時,輸出電壓和次級匝數是恆定的,反激工作時間須自我調節。

在臨界狀態,如圖(a)中的Is(2)所示,反激電流在下一個導通時間之前正好達到零,進一步增加占空比將會引起轉換器從完全到不完全能量傳遞方式時,傳遞函式將變成帶有低輸出阻抗的兩個極點系統,此時如果需要更多的電能時,脈衝寬度僅需輕微的增加即可。另外,在傳遞函式中有一個“右半平面零點”,這將在高頻段引人180°的相位改變,這也會引起不穩定。

電磁能量的存儲與轉換

如圖所示,在開關管V導通時為電能的存儲階段,這時可以把變壓器看成是一個電感如圖(a)左側所示。

從圖(a)的左側初級電路及圖(b)可知,當開關管V導通時,初級繞組的電流Ip為線性增加。磁心內的磁感應強度從Br增加到工作峰值Bm。

圖中反激式(Buck Boost)轉換器及儲能、反激期間的磁化情況

圖

當開關管V關斷時,初級電流降到零。次級的整流二極體D1導通,在次級出現感應電流。按照功率恆定的原則,次級繞組的安匝數與初級繞組的安匝數相等。

在反激期間,反激電流逐漸下降到零,等效電路如圖(a)右側及圖(c)所示。

對於完全能量轉換情況,反激時間總是小於toff時間。在反激時間內,磁心b磁通密度將從Bm下降到剩餘磁通密度Bro,次級電流將以某工速率衰減,此速率由次級電壓和次級電感來決定,因此U's為次級繞組上的電壓,Ls為折算到次級的變壓器電感)。

主要影響

磁場

磁場會使人體產生嚴重的危害性病變和思維的延續變化。如果人類長期生活在強磁場範圍內,會導致內分泌紊亂失調,大腦也會產生不正常的延續思維,會誘發人體的某些潛能和特殊的功能變化,也會誘發癌症。在大都市中,由電網和通訊網路產生的不同頻段的電磁波輻射,已經給人類帶來了諸多不利因素。

人類社會正在遭受著多種電磁波輻射災害,而這種災害是無法看到的一種潛在的破壞性因素,它將導致人類的腦思維系統產生超越常規的病態和不健康的心態、精神失常、性情暴躁、內分泌失調、煩躁多夢、疑神疑鬼、心悸不安。在這種情況下也極易產生不正常的肢體舉動。比如在夜間,人類大腦會產生比較特殊的夢境聯想狀態,像性愛的夢遺、恐怖的夢境、已故親人的託夢、兇殺與暴力、發財與死亡、穿越時空等等夢中的聯想。

(1)如果工作在強大的磁場區域間,應儘量避免接觸或遠離磁場源,最好的方法是建造防磁場輻射干擾的無磁場區域空間建築。

(2)凡是經常接觸強磁場輻射源的,應當定期進行人體健康檢查,並形成短期的循環換班制度。

(3)無線電通訊設備不能長期攜帶在身體上,不用時則應當與人體保持一定的距離。

(4)儘量少用或不用無線電通話,以防電磁輻射給人體帶來不必要的影響。

(5)減少家用電器的使用,要勤動手,多活動。

(6)在欣賞音樂時,應當避免長時間頭戴耳機。

(7)不要濫用磁療設備,要遵醫囑。

(8)遠離無線電發射裝置以及強磁場的區域範圍。

(9)居民住宅應當避開高壓輸電網路,最低間距應當在300米以外。

(10)建設強大的電磁波發射場地應當遠離居民區,其間距不得低於5000米。

輻射

電磁輻射又稱電子菸霧,是由空間共同移送的電能量和磁能量所組成,而該能量是由電荷移動所產生;舉例說,正在發射訊號的射頻天線所發出的移動電荷,便會產生電磁能量。電磁“頻譜”包括形形色色的電磁輻射,從極低頻的電磁輻射至極高頻的電磁輻射。兩者之間還有無線電波、微波、紅外線、可見光和紫外光等。電磁頻譜中射頻部分的一般定義,是指頻率約由3千赫至300吉赫的輻射。

電磁選礦

1、用電磁場的磁力選礦

2、磁力選礦和電力選礦的總稱

研究進展

2014年8月11日,來自西澳大利亞大學和法國巴黎第六大學的研究人員證實,科學家對出生時大腦組織異常的老鼠採用了低強度測試(稱為低強度重複經顱磁刺激,簡稱LI-rTMS)。

經過研究顯示即便是在低強度條件下,電磁脈衝刺激仍可減少大腦中的異常神經連線,將之轉移到大腦中的正確區域。這項研究結果已在神經科學雜誌上發表。該發現對於治療許多與腦組織異常有關的神經系統疾病具有十分重要的意義,例如抑鬱症、癲癇症和耳鳴。

大腦重組發生於幾個不同的大腦區域,幾乎覆蓋整個神經網路。更為重要的是,這種結構性重組並沒有出現在異常老鼠的非異常大腦區域中,這表明該療法可能在對人類治療過程中僅產生極小的副作用。

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