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电磁

来源:科学揭秘 作者:小慧 时间:2020-06-23 15:03:25

 电磁

电磁,物理概念之一,是物质所表现的电性和磁性的统称。如电磁感应、电磁波等等。电磁是丹麦科学家奥斯特发现的。电磁现象产生的原因在于电荷运动产生波动,形成磁场,因此所有的电磁现象都离不开电场。电磁学是研究电场和磁场的相互作用现象,及其规律和应用的物理学分支学科。麦克斯韦关于变化电场产生磁场的假设,奠定了电磁学的整个理论体系,发展了对现代文明起重大影响的电工和电子技术,深刻地影响着人们认识物质世界的思想。

产生原理

电磁是能量的反应是物质所表现的电性和磁性的统称
,如电磁感应、电磁波、电磁场等等。所有的电磁现象都离不开电场;而磁场是由运动电荷(电量)产生的。
运动电荷可以产生波动。其波动机理为:运动电荷e运动时,必然受到其毗邻e的阻碍,表现为运动电荷带动其毗邻1向上运动,即毗邻随同运动电荷e一起向上运动;当毗邻1向上运动时,必然受到其自身毗邻1地阻碍,表现为毗邻1带动其自身毗邻向上运动,即毗邻2随同毗邻1一起向上运动。这样以此向前传播,形成波动。显然,真空中这种波动的传播速度为光速。

电磁质量

电子质量中起源于电磁场的部分。它的数值可以从匀速运动电子的电磁场动量或依据,质能关系式从静止电子的静电场能量作出估计。在电子论的发展初期,曾假定电子的电磁质量等于在实验中测定的质量。并由此算出他的半径,这半径称为电子的经典半径。
当物体具有电场或具有磁场时,对此物体进行电屏蔽或磁屏蔽,用天平称量,全部装置(包括屏蔽体),称量出的数据与未有电场或磁场是不相同的。
天平称量得到的数据是质量,由于对物体进行了屏蔽,称量过程对天平是没有干扰。称量结果数据是有效的。由此,对同一物体来说,除了常规质量,还存在电磁质量。

实验方法

直线电流为例,运动电荷产生的波动,以小磁针N处于直线电流I的右侧,当把小磁针N简化成一个环形电流abcd时,虽然点a、b、c、d都处于直线电流I的波动范围之内,但点a、b、c、d处毗邻运动的能量大小不等。显然,Ea>Ec,Eb=Ed。这样一来,直线电流I的波动对小磁针N的环形电流abcd就有一个顺时针的力矩。该力矩作用于绕核旋转的电子,使其顺时针旋转,其宏观表现为小磁针N的北极垂直纸面向外。
然电流产生的波动可以影响小磁针的偏转,说明该波动具有客观实在性;两个具有客观实在性的波动相遇时肯定会相互影响。
直线电流I2处于直线电流I1的波动范围内,I1、I2同向并在同一个平面内,直线电流I1、I2把空间分成A、B、C三个区域。分析直线电流I1波动时所形成的毗邻运动,知区域A内毗邻运动的能量大于区域C内毗邻运动的能量。当直线电流I2波动传播时,在区域A内受到的阻力就要小于在区域C内受到的阻力。这样电流I2波动时在区域A内的传播速度vA就要大于在区域C的传播速度vC,即vA>vC。根据“光速不变原理”,这是不稳定的。因此直线电流I2有靠近直线电流I1的趋势,以使vA=vC=c,表现为同向直线电流相吸。
电荷运动可以产生波动。该波动不但会对小磁针的偏转产生影响,而且波动之间也能互相影响,从而成功地解释了电磁现象。
可以看出,从运动电荷入手,分析运动电荷产生的波动,可以得到所谓的“磁场”;分析两个波动的相互影响,可以解释“同向直线电流相吸”等电磁现象。

理论研究

电磁学是研究电磁和电磁的相互作用现象,及其规律和应用的物理学分支学科。
早期,由于磁现象曾被认为是与电现象独立无关的,同时也由于磁学本身的发展和应用,如近代磁性材料和磁学技术的发展,新的磁效应和磁现象的发现和应用等等,使得磁学的内容不断扩大,所以磁学在实际上也就作为一门和电学相平行的学科来研究了。
电磁学从原来互相独立的两门科学(电学、磁学)发展成为物理学中一个完整的分支学科,主要是基于两个重要的实验发现,即电流的磁效应和变化的磁场的电效应。这两个实验现象,加上麦克斯韦关于变化电场产生磁场的假设,奠定了电磁学的整个理论体系,发展了对现代文明起重大影响的电工和电子技术。
根据近代物理学的观点,磁的现象是由运动电荷所产生的,因而在电学的范围内必然不同程度地包含磁学的内容。所以,电磁学和电学的内容很难截然划分,而“电学”有时也就作为“电磁学”的简称。
麦克斯韦电磁理论的重大意义,不仅在于这个理论支配着一切宏观电磁现象(包括静电、稳恒磁场、电磁感应、电路、电磁波等等),而且在于它将光学现象统一在这个理论框架之内,深刻地影响着人们认识物质世界的思想。
电子的发现,使电磁学和原子与物质结构的理论结合了起来,洛伦兹的电子论把物质的宏观电磁性质归结为原子中电子的效应,统一地解释了电、磁、光现象。
和电磁学密切相关的是经典电动力学,两者在内容上并没有原则的区别。一般说来,电磁学偏重于电磁现象的实验研究,从广泛的电磁现象研究中归纳出电磁学的基本规律;经典电动力学则偏重于理论方面,它以麦克斯韦方程组和洛伦兹力为基础,研究电磁场分布,电磁波的激发、辐射和传播,以及带电粒子与电磁场的相互作用等电磁问题,也可以说,广义的电磁学包含了经典电动力学。
电磁能量的工作方式
在稳定状态下,电流的波形如图所示的情况,此时它们的磁通增量△Φ在开关管导通ton时间内的变化,必须等于在反激时间内的变化。
因此由上式可知,如果磁通增量相等的工作点稳定建立时,变压器初级绕组每匝的伏一秒值必然等于次级绕组每匝的伏一秒值。
图 在稳定状态下的电流波形
图 在稳定状态下的电流波形
通过控制开关管的导通占空比,来调定初级峰值电流,然而在开关管关断时,输出电压和次级匝数是恒定的,反激工作时间须自我调节。
在临界状态,如图(a)中的Is(2)所示,反激电流在下一个导通时间之前正好达到零,进一步增加占空比将会引起转换器从完全到不完全能量传递方式时,传递函数将变成带有低输出阻抗的两个极点系统,此时如果需要更多的电能时,脉冲宽度仅需轻微的增加即可。另外,在传递函数中有一个“右半平面零点”,这将在高频段引人180°的相位改变,这也会引起不稳定。
电磁能量的存储与转换
如图所示,在开关管V导通时为电能的存储阶段,这时可以把变压器看成是一个电感如图(a)左侧所示。
从图(a)的左侧初级电路及图(b)可知,当开关管V导通时,初级绕组的电流Ip为线性增加。磁心内的磁感应强度从Br增加到工作峰值Bm。
图中反激式(Buck Boost)转换器及储能、反激期间的磁化情况
当开关管V关断时,初级电流降到零。次级的整流二极管D1导通,在次级出现感应电流。按照功率恒定的原则,次级绕组的安匝数与初级绕组的安匝数相等。
在反激期间,反激电流逐渐下降到零,等效电路如图(a)右侧及图(c)所示。
对于完全能量转换情况,反激时间总是小于toff时间。在反激时间内,磁心b磁通密度将从Bm下降到剩余磁通密度Bro,次级电流将以某工速率衰减,此速率由次级电压和次级电感来决定,因此U's为次级绕组上的电压,Ls为折算到次级的变压器电感)。

主要影响

磁场

磁场会使人体产生严重的危害性病变和思维的延续变化。如果人类长期生活在强磁场范围内,会导致内分泌紊乱失调,大脑也会产生不正常的延续思维,会诱发人体的某些潜能和特殊的功能变化,也会诱发癌症。在大都市中,由电网和通讯网络产生的不同频段的电磁波辐射,已经给人类带来了诸多不利因素。
人类社会正在遭受着多种电磁波辐射灾害,而这种灾害是无法看到的一种潜在的破坏性因素,它将导致人类的脑思维系统产生超越常规的病态和不健康的心态、精神失常、性情暴躁、内分泌失调、烦躁多梦、疑神疑鬼、心悸不安。在这种情况下也极易产生不正常的肢体举动。比如在夜间,人类大脑会产生比较特殊的梦境联想状态,像性爱的梦遗、恐怖的梦境、已故亲人的托梦、凶杀与暴力、发财与死亡、穿越时空等等梦中的联想。
(1)如果工作在强大的磁场区域间,应尽量避免接触或远离磁场源,最好的方法是建造防磁场辐射干扰的无磁场区域空间建筑。
(2)凡是经常接触强磁场辐射源的,应当定期进行人体健康检查,并形成短期的循环换班制度。
(3)无线电通讯设备不能长期携带在身体上,不用时则应当与人体保持一定的距离。
(4)尽量少用或不用无线电通话,以防电磁辐射给人体带来不必要的影响。
(5)减少家用电器的使用,要勤动手,多活动。
(6)在欣赏音乐时,应当避免长时间头戴耳机。
(7)不要滥用磁疗设备,要遵医嘱。
(8)远离无线电发射装置以及强磁场的区域范围。
(9)居民住宅应当避开高压输电网络,最低间距应当在300米以外。
(10)建设强大的电磁波发射场地应当远离居民区,其间距不得低于5000米。

辐射

电磁辐射又称电子烟雾,是由空间共同移送的电能量和磁能量所组成,而该能量是由电荷移动所产生;举例说,正在发射讯号的射频天线所发出的移动电荷,便会产生电磁能量。电磁“频谱”包括形形色色的电磁辐射,从极低频的电磁辐射至极高频的电磁辐射。两者之间还有无线电波、微波、红外线、可见光和紫外光等。电磁频谱中射频部分的一般定义,是指频率约由3千赫至300吉赫的辐射。
电磁选矿
1、用电磁场的磁力选矿
2、磁力选矿和电力选矿的总称

研究进展

2014年8月11日,来自西澳大利亚大学和法国巴黎第六大学的研究人员证实,科学家对出生时大脑组织异常的老鼠采用了低强度测试(称为低强度重复经颅磁刺激,简称LI-rTMS)。
经过研究显示即便是在低强度条件下,电磁脉冲刺激仍可减少大脑中的异常神经连接,将之转移到大脑中的正确区域。这项研究结果已在神经科学杂志上发表。该发现对于治疗许多与脑组织异常有关的神经系统疾病具有十分重要的意义,例如抑郁症、癫痫症和耳鸣。
大脑重组发生于几个不同的大脑区域,几乎覆盖整个神经网络。更为重要的是,这种结构性重组并没有出现在异常老鼠的非异常大脑区域中,这表明该疗法可能在对人类治疗过程中仅产生极小的副作用。

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