电磁场与电磁波报告..docx

一、电磁场与电磁波的应用人们对电磁理论的研究经过了漫长的过程。早期磁现象曾被认为是与电现象独立无关的，电学和磁学是两门平行的学科。电磁场现象的研究发现是从十六世纪下半叶英国人吉尔伯特实验展开的，在研究过程中它采用的方法比较原始，无法完全解释出电磁场的现象原理。电磁场的近代研究要追溯到18 世纪，由法国物理学家库伦以及英国物理学家卡文迪许展开研究分析，他们的主要贡献是发明了用测量仪器对电磁场现象做定量的规律，从而促使电磁场的发展得到了质的飞越。坚信自然力可以相互转化的奥斯特发现了电流磁效应，之后安培提出安培定则和分子电流假说。受到奥斯特试验现象鼓舞的法拉第于1831年首次发现电磁感应现象，奠定了电磁学的基础。在这之后，经典电磁学集大成者、英国天才物理学家麦克斯韦在法拉第的电磁研究基础上，进一步探讨了电与磁之间的互相影响作用关系，说明了电磁场的涵义，与此同时，他还总结分析除了电磁现象的规律，发表了位移电流的相关概念，并总结提出了麦克斯韦方程组，实现了物理史上的第二次综合。现代电子技术如通讯、广播、电视、导航、雷达、遥感、测控、电子对抗、电子仪器和测量系统，都离不开电磁波的发射、控制、传播和接收；从家用电器、工业自动化到地质勘探，从电力、交通等工业、农业到医疗等国民经济领域，几乎全部涉及到电磁场理论的应用。并且电磁学一直是新兴科学的孕育点。电磁场在科学技术中的应用，主要有两类：一类是利用电磁场的变化将其他信号转换为电信号，进而达到转化信息或者自动控制的目的；另一类是利用电磁场对电荷或者电流的作用来控制其运动，使平衡、加速、偏转或转动，以达到预定的目的。接下来将介绍电磁场的在人们生活中的应用的一种--磁悬浮列车。电磁悬浮技术（electromagnetic levitation）简称EML技术。它的主要原理是利用高频电磁场在金属表面产生的涡流来实现对金属的悬浮体。磁悬浮技术的系统，是由转子、传感器、控制器和执行器4部分组成，其中执行器包括电磁铁和功率放大器两部分。假设在参考位置上，转子受到一个向下的扰动，就会偏离其参考位置，这时传感器检测出转子偏离参考点的位移，作为控制器的微处理器将检测的位移变换成控制信号，然后功率放大器将这一控制信号转换成控制电流，控制电流在执行磁铁中产生磁力，从而驱动转子返回到原来平衡位置。因此，不论转子受到向下或向上的扰动，转子始终能处于稳定的平衡状态。目前在磁悬浮技术，国内外研究的热点为磁悬浮轴承和磁悬浮列车。与传统铁路相比磁悬浮列车具有运行速度快；无有害的废气，有利于环境保护；无需车轮，不存在轮轨摩擦而产生的轮对磨损，减少了维护工作量和经营成本等优点。磁悬浮列车主要由悬浮系统、推进系统和导向系统三大部分组成。尽管可以使用与磁力无关的推进系统，但在目前的绝大部分设计中，这三部分的功能均由磁力来完成。根据不同的分类标准，磁悬浮列车可以分为不同的种类，按磁悬浮列车所采用的电磁铁种类可以分为常导磁吸式和超导排斥型两大类。　 常导磁吸式磁悬浮列车利用装在车辆两侧转向架上的常导电磁铁(悬浮电磁铁)和铺设在线路导轨上的磁铁，在磁场作用下产生的吸引力使车辆浮起。车辆和轨面之间的间隙与吸引力的大小成反比。为了保证这种悬浮的可靠性和列车运行的平稳，使直线电机有较高的功率，必须精确地控制电磁铁中的电流，使磁场保持稳定的强度和悬浮力，使车体与导轨之间保持大约10 mm的间隙。通常采用测量间隙用的气隙传感器来进行系统的反馈控制。这种悬浮方式不需要设置专用的着地支撑装置和辅助的着地车轮，对控制系统的要求也可以稍低一些。这种磁悬浮列车的运行速度通常在300～ 500 km /h 范围内，适合于城际及市郊的交通运输。常导磁吸式磁悬浮列车的导向系统与悬浮系统类似，是在车辆侧面安装一组专门用于导向的电磁铁。车体与导向轨侧面之间保持一定间隙。当车辆左右偏移时，车上的导向电磁铁与导向轨的侧面相互作用，使车辆恢复到正常位置。控制系统通过对导向磁铁中的电流进行控制来保持这一侧向间隙，从而达到控制列车运行方向的目的。超导排斥型磁悬浮列车在车辆底部安装超导磁体（放在液态氦储存槽内）,在轨道两侧铺设一系列铝环线圈。列车运行时给车上线圈（超导磁体）通电流,产生强磁场,地上线圈（铝环）与之相切割,在铝环内产生感应电流。感应电流产生的磁场与车辆上超导磁体的磁场方向相反,两个磁场产生排斥力。当排斥力大于车辆重量时车辆就浮起来。因此，超导排斥型磁悬浮列车就是利用置于车辆上的超导磁体与铺设在轨道上的无源线圈之间的相对运动来产生悬浮力将车体抬起来的，其悬浮间隙大小一般在100 mm左右。这种磁悬浮列车低速时并不悬浮，当速度达到100 km /h 时才悬浮起来，它的最高运行速度可以达到1 000 km /h ，当然其建造技术和成本要比常导磁吸式磁悬浮列车高得多。超导排斥