第三章 第四节 电磁法原理
第三章--磁场及电磁感应
课题※第三章磁场及电磁感应※第一节磁场课型新课授课班级授课时数 1 教学目标1．了解磁场及电流的磁场。
2．了解安培力的大小及方向。
教学重点1．磁场。
2．安培力的大小及方向。
教学难点安培力的大小及方向。
学情分析教学效果教后记新授课A、新授课※第一节磁场一、磁场1．磁体某些物体具有吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性。
具有磁性的物体叫磁体。
磁体分为天然磁体和人造磁体。
常见的条形磁铁、马蹄形磁铁和针形磁铁等都是人造磁体，如下图所示。
3-2 常见人造磁铁2．磁极磁体两端磁性最强，磁性最强的地方叫磁极。
任何磁体都有一对磁极，一个叫南极，用S表示；另一个叫北极，用N表示，如右图所示。
N极和S极总是成对出现并且强度相等，不存在独立的N极和S极。
当用一个条形磁铁靠近一个悬挂的小磁针(或条形磁铁)时，如下图所示。
我们发现：当条形磁铁的N极靠近小磁针的N极时，小磁针N极一端马上被排斥；当条形磁铁的N极靠近小磁针的S极时，小磁针S极一端立刻被条形磁铁吸引。
说明磁极之间存在相互作用力，同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引。
3．磁场力是物质之间相互作用的结果。
用手推门，门就会转动打开，这是因为力直接作用于门。
上述实验中，磁极之间存在的作用力并没有直接作用，到底是什么神密的物质使得它们之间有力的作用呢？这种神密的物质就是磁场。
磁极之间相互作用的磁力就是通过磁场传递的。
磁场是磁体周围存在的特殊物质。
磁极在自己周围的空间里产生磁场，磁场对它里面的磁极有磁场力的作用。
4.磁场方向把小磁针放在磁场中的任一点，可以看到小磁针受磁场力的作用。
静止时它的两极不再指向南北方向，而指向一个别的方向。
在磁场中的不同点，小磁针静止时指的方向一般并不相同。
这个现象说明，磁场是有方向性的。
一般规定，在磁场中某点放一个能自由转动的（展示磁铁）（对照实物形进行说明）（演示）（讲解）小磁针，小磁针静止时N极所指的方向，就是该点磁场的方向。
在磁场中可以利用磁感线（也称为磁力线)来形象地表示各点的磁场方向。
电器学
性垫片；
4、与漏磁通相对应的漏磁气隙。
43
第一篇 电器的理论基础
第五节 气隙磁导和磁导体磁阻的计算
第三章 电磁机构理论
二、表示不同气隙的示意图。
44
三、计算气隙磁导（Λδ）的必要性：
气隙较大且磁路不饱和时，工作气隙的磁阻Rδ比导磁体的磁阻大得
多，故磁路的磁通势大多消耗在工作气隙δ上。因此 Λδ的计算结果直接磁
注意：
交流磁化曲线和直流磁化曲线不同 交流磁滞回线和直流磁滞回线不同
实际使用的磁化曲线——基本/平均磁化曲线
图3－7 若干不饱和对称磁滞回线顶点连接而成 原始/起始磁化曲线仅是实验室状态下的曲线
注意：
任一种磁性材料的磁化曲线均因工艺、结构、工作环境而不 同，没有固定的函数关系
第一篇 电器的理论基础
第一篇 电器的理论基础
第三章 电磁机构理论
磁系统：磁导体＋气隙
第一篇 电器的理论基础
第一节 电磁机构的种类和特性 电磁机构类型： 直流和交流; 并励和串励; 含永久磁铁以及交、直流磁化; 内衔铁式和外衔铁式的。
第三章 电磁机构理论
衔铁角位移
第一篇 电器的理论基础
第二节 磁性材料及其基本特性
磁化通过磁畴界壁转移进行 不消耗能量，过程可逆 磁导率μ为常数，且与磁场强度H无关(B＝ μH)
膝部ab段
大部分磁畴趋向外磁场方向 消耗能量，过程不可逆 巴克豪森效应
磁化呈阶梯现象 磁畴突然转向产生感应电动势，出现响声
μ特别大：较小的外磁场变化可导致较大的磁感应
某处出现磁导率的最大值μmax
第三章磁场及电磁感应-PPT
第四节 铁磁性物质
生活中使用螺丝刀拧螺钉时,螺丝刀上得螺钉很容 易掉下来。这时只需把螺丝刀放在磁铁(如音箱扬声器) 上摩擦几下就可以把螺丝吸起来。但就是当拿磁铁去 吸铜钥匙时,无论如何铜钥匙根本就吸不起来,您知道产 生这些现象得原因吗？
一、铁磁物质得磁化 1、物质分类 根据磁导率得大小不同,可将物质分成三类:略大于1 得物质称为顺磁物质,如空气、铝、锡等;略小于l得物 质称为反磁物质,如氢、铜、石墨等;顺磁物质与反磁物 质统称为非铁磁物质。远大于1得物质称为铁磁性物质, 如铁、钴、镍、硅钢、铁氧体等。
第一节 磁场
在磁场中可以利用磁感
线(也称为磁力线)来形象地表 示各点得磁场方向。所谓磁 感线,就就是在磁场中画出得 一些曲线,曲线得疏密程度表 示磁场得强弱;曲线上每一点 得切线方向,都跟该点得磁场 方向相同,如右图所示。
磁感线及磁场方向
若磁体周围磁场得强弱相等、方 向相同,我们把它定义匀强磁场,如右 图所示。
罗盘
第一节 磁场
一、磁场 1、磁体 某些物体具有吸引铁、钴、镍 等物质得性质叫磁性。具有磁性得 物体叫磁体。磁体分为天然磁体与 人造磁体。常见得条形磁铁、马蹄 形磁铁与针形磁铁等都就是人造磁 体,如右图所示。
2、磁极 磁体两端磁性最强,磁性最强得地方叫 磁极。任何磁体都有一对磁极,一个叫南极 ,用S表示;另一个叫北极,用N表示,如右图 所示。N极与S极总就是成对出现并且强度 相等,不存在独立得N极与S极。
常见人造磁铁 磁针得指向
第一节 磁场 当用一个条形磁铁靠近一个悬挂得小磁针(或条形磁铁)时,如
图所示。我们发现:当条形磁铁得N极靠近小磁针得N极时,小磁针N 极一端马上被排斥;当条形磁铁得N极靠近小磁针得S极时,小磁针S 极一端立刻被条形磁铁吸引。
第三章 静磁场
二、磁偶极子的场与标势
由磁偶极子的势 可计算出磁偶极子的场，
（其中， ， ）
由于
所以
如果定义 为磁偶极子的磁标势。
则 ，
总之，一个小范围内的电流分布在远处产生的磁场的最初级近似为磁偶极近似，
矢势的最初级近似 。
磁场的最初级近似 。
三、小区域电流在外场中的能量
1、电流分布 在外场中的相互作用能
当研究介质中的磁场时，必须考虑介质的磁化对场的影响。自由电流产生磁场，磁场作用于介质产生磁化电流，又激发磁场，场再作用于介质……也必须象静电学问题一样，求解反映场与介质相互作用的微分方程（在一定边界条件下求解）。
我们先引入静磁场的矢势，导出矢势满足的微分方程，然后再讨论磁标势及其微分方程，最后讨论磁多极展开。
球内磁场是
铁球内外的 和 。 线总是闭合的，而 线则不然。 线从右半球面的正磁荷发出，止于左半球的负磁荷。在铁球内部， 和 反向，说明磁铁内部的 和 是有很大的差异。
代表磁铁内的总宏观磁场，即在物理小体积内对微观磁场的平均值，而 仅为一辅助场量。
静电场
静磁场
无旋场
无源场
（由此，历史上人们错误地认为 与 相对应）
2、矢势的一级近似
恒定电流可以分成许多闭合电流管，我们就一个电流管计算上式。若线圈电流为 ，则有
由于 为线圈上各点的坐标，因此 （ 表示对带撇的变量微分）。利用全微分绕闭合回路的线积分等于零，得
因此
则
其中 ，是电流体系的磁偶极矩。电流分布是一个小线圈，则 ， 是线圈的面积矢量， ， 为线圈法线方向单位向量， 与电流方向满足右手螺旋关系。
若考虑外场变化的情况，设外场是由另一带有电流 的线圈 产生。
电磁法简介_专业课作业
电磁法电磁法是以地壳中岩、矿石的导电性、导磁性和介电性差异为基础，通过观测和研究人工的或天然的交变电磁场的分布来寻找矿产资源或解决其它地质问题的一类电法勘探方法。
电磁法所依据的是电磁感应现象。
以低频电磁法(f<10－4Ｈｚ)为例，如图1供入发射线圈时，就在该线圈周围建立了频率和所示，当发射机以交变电流I1相位都相同的交变磁场H1，H1称为一次场。
若这个交变磁场穿过地下良导电体，则由于电磁感应，可使导体内产生二次感应电流I2(这是一种涡旋电流)。
这个电流又在周围空间建立了交变磁场H2，H2称为二次场或异常场。
利用接收线圈接收二次场或总场(一次场与二次场的合成)，在接收机上记录或读出相应的场强或相位值，并分析它们的分布规律，就可以达到寻找有用矿产或解决其它地质问题之目的。
图1 电磁法原理示意图电磁法的种类较多，按场源的形式可分为人工场源（又称主动场源）和天然场源（又称被动场源）两大类。
按发射场性质不同，又分为连续谱变（频率域）电磁法和阶跃瞬变（时间域）电磁法两类。
按工作环境，又可以将电磁法分为地面、航空和井中电磁法三类。
与传导类电法相比，电磁法具有如下特点：(1)它的发射和接收装置都可以不采用接地电极，而是以感应方式建立和观测电磁场，因此航空电法才成为可能；(2)采用多种频率测量，可以扩大方法的应用范围；(3)观测电磁场的多种量值，如振幅(实分量、虚分量)、相位等，可以提高地质效果。
一、频率域和时间域电磁场基本特征1.频率域电磁场的基本特征在频率域电磁场中常用的电磁场是谐变场，其中场强、电流密度以及其他量均按余弦或正弦规律变化，如：借助于交流电的发射装置，如振荡器、发电机等，在地中及空气中建立谐变场。
激发方式一般有接地式的和感应式两种。
第一种方式与直流电法一样利用 A、B 供电电极，将交流电直接供入大地。
由于供电导线和大地不仅具有电阻而且还有电感。
所以由A、B电极直接传入地中的一次电流场在相位上与电源相位发生位移。
第1节 电磁法理论基础
3、电磁方法特点
a、利用的物性参数多（σ、μ、ε）； b、测量的参数多（E、H的空间各个分量以及振
幅、相位、实、虚分量等）; c、解决地质问题的能力强； d、可不接地，因而可在沙漠、冻土及高阻屏蔽
m ty jC 1
1.8
1010
jD r { f }Hz {}M
___ 耗损角正切
若 m >10
导电介质；
m <0.1 介电介质。
考虑到 实际岩、矿 石的εr=5 ~ 50，对于 导电体 （m>10）和 介电体 （m<0.1） 的范围。
由此可见： 在实际勘查中的介质εr= 5~50，f≤104HZ，
P e0E —— 极化强度矢量
其中： 0 8.851012 F / m
对于导电介质，有
i 1
各类矿石、岩石的介电常数 （a）矿物
绝大多数的造岩矿物ε r= 4 ~12；一般金属矿物： εr =10 ~ nх10；水为 80；空气为1。
t
E
E t
对于谐变电磁场而言
E E0eiwt
j
(
i
)
E
：
E
i
E
E
(
t
i )E
E
t t
分析： （1）在交变电磁场中的介质，其介电系数和导电 率均视为复数形式，其值与σ,ω和ε有关，其中 σ值在电阻率法中己列出； （2）jC与jD相位相差900，即jD呈容抗性。由于二者 之间相差–j系数，故jD落后或迟于jC900； （3）引入介质的电磁系数
大学物理电磁学的基本原理
大学物理电磁学的基本原理电磁学是物理学的一个分支，研究电荷和电流之间相互作用的规律以及电磁场的性质和行为。
在大学物理学习的过程中，掌握电磁学的基本原理是非常重要的。
本文将介绍大学物理电磁学的基本原理，帮助读者理解电磁学的核心概念。
一、库仑定律库仑定律是电磁学的基石之一，描述了两个电荷之间的相互作用力。
库仑定律可以表示为：F = k * |q1 * q2| / r^2其中，F为两个电荷之间的相互作用力，q1和q2为电荷的大小，r为两个电荷之间的距离，k为一个常数。
库仑定律说明了电荷之间的相互作用力与电荷大小成正比，与距离的平方成反比。
这个定律在许多电磁现象的解释中起着重要作用。
二、电场电场是电荷周围的一种物理量，用向量表示，表示电荷对其他电荷施加的作用力。
电场可以用库仑定律来定义：E =F / q其中，E为电场强度，F为电荷所受的力，q为测试电荷。
电场可以通过电场线来可视化，电场线表示了电场的方向和强度。
电场线由正电荷指向负电荷，线的密度表示电场强度的大小。
三、电势电势是描述电场能量的物理量，也是描述电荷周围电场性质的一种方式。
电势可以理解为单位正电荷在电场中所具有的能量。
电势可以通过电势差来定义：V = W / q其中，V为电势，W为单位正电荷所具有的能量，q为测试电荷。
电势差表示了两个位置之间的电势差异。
电荷会沿着电势差的方向移动，从高电势到低电势。
四、安培定律和法拉第电磁感应定律安培定律描述了电流对磁场的产生作用。
安培定律可以表示为：B = μ * I / (2πr)其中，B为磁场强度，μ为真空磁导率，I为电流强度，r为距离电流的距离。
法拉第电磁感应定律描述了磁场对电荷运动所产生的电动势。
根据法拉第电磁感应定律，当磁场穿过一个闭合电路时，电路中会产生电动势。
五、麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组是描述电磁学的基本方程。
麦克斯韦方程组包括四个方程：1. 麦克斯韦第一方程：∇·E = ρ / ε₀2. 麦克斯韦第二方程：∇×E = -∂B / ∂t3. 麦克斯韦第三方程：∇·B = 04. 麦克斯韦第四方程：∇×B = μ₀J + μ₀ε₀∂E / ∂t其中，E为电场强度，B为磁场强度，ρ为电荷密度，J为电流密度，ε₀和μ₀分别为真空电常数和真空磁导率。
第三章 第四节 电磁法原理
流I1供入发射线圈时，就在该线圈周围建立了频率和相位 都相同的交变磁场H1，H1称为一次场。若这个交变磁场穿 过地下良导电体，则由于电磁感应，可使导体内产生二次
感应电流I2 (这是一种涡旋电流)。这个电流又在周围空 间建立了交变磁场H2，H2称为二次场或异常场。利用接收 线圈接收二次场或总场 (一次场与二次场的合成)，在接
收机上读出相应的场强或相位值，并分析它们的分布规律
，就可以达到寻找有用矿产或解决地质问题之目的。
图3.4.1 电磁法原理示意图
电磁法的种类很多，按探测的范围，可以 分为电磁剖面法和电磁测深法两大类。前者可用于 探测地下某一深度范围内电磁场的分布规律，包括 不接地回线法、电磁偶极剖面法、航空电磁法、甚 低频法等。后者可用于探测某一测点上不同深度的 电磁场分布规律，包括大地电磁测深、频率测深、 瞬变测深等。按场源的性质，可分为频率域电磁法 和时间域电磁法两大类。前者使用多种频率 ( 10﹣3~108 Hz )的谐变电磁场，后者使用不同形式的 周期性脉冲电磁场。按场源的形式可分为被动场源 (天然场源)法和主动场源 (人工场源)法。电磁法各 类方法中，除大地电磁法外，其余都是主动源法。 按工作环境，又可以将电磁法分为地面、航空和井
一、电磁测深法 电磁测深法是根据电磁感应原理， 研究天然或人工(可控)场源在大地中激励的 电磁场分布，并用电磁场观测值来研究地电 参数沿深度变化的一类电磁方法。常用的电 磁测深方法有天然场源的大地电磁测深、人 工场源的频率电磁测深和瞬变测深。在工程 及环境物探中常用的是人工源方法，故在此 只讨论频率测深法。
由于垂直磁偶极子场远较水平电偶极子场 衰减快，因此，在较大深度的探测中多采用 电偶极子场源。但磁偶极子场源是用不接地 线圈激发的，在某些接地条件较差的测区， 或解决某些浅层地质问题的探测中，磁偶极 子场源还是经常被采用。
电磁场与电磁波课程教学大纲
《电磁场与电磁波》课程教学大纲一、课程基本信息课程代码：课程名称：电磁场与电磁波英文名称：Electromagnetic Fields and Electromagnetic Waves课程类别：专业基础课学时：63学分：3适用对象: 电子信息专业考核方式：考试先修课程：大学物理、高等数学与工程数学(包括矢量分析,场论和数理方程等)二、课程简介电磁场与电磁波是通信技术的理论基础，是电子信息专业本科学生的知识结构中重要组成部分。
本课程使学生掌握电磁场的有关定理、定律、麦克斯韦方程等的物理意义及数学表达式。
使学生熟悉一些重要的电磁场问题的数学模型（如波动方程、拉氏方程等）的建立过程以及分析方法。
培养学生正确的思维方法和分析问题的能力，使学生学会用"场"的观点去观察、分析和计算一些简单、典型的场的问题。
为后续课程打下坚实的理论基础。
Electromagnetic Field and Electromagnetic Wave is the theoretical foundation of communication technology, it is one of the most important components of the knowledge structerue for undergraduate students who major in information and electronic. Electromagnetic Field and Electromagnetic Wave make students grasp the theorem and the physical meaning of the Maxwell equations and mathematical expressions. It also make students grasp building method and analyzing method of some important mathematical model (such as wave equation,Laplace equation). This course trains students on the proper ways of thinking and ability to analyze issues, It also provides a solid theoretical foundation for following courses.三、课程性质与教学目的一切电现象，都会产生电磁场，而电磁波的辐射与传播规律，更是一切无线电活动的基础。
电磁学的工作原理
电磁学的工作原理电磁学是物理学中的一个重要分支，研究电荷和电荷之间相互作用的规律以及电磁场的产生和传播。
电磁学的工作原理可以分为两个方面，即电荷之间的相互作用和电磁场的产生与传播。
一、电荷之间的相互作用在电磁学中，电荷是基本的物质属性之一。
电荷分为正电荷和负电荷，它们之间存在相互排斥的力。
根据库仑定律，两个电荷之间的相互作用力正比于它们的电荷量，反比于它们之间的距离的平方。
即电荷之间的相互作用力 F 可以表示为：F = k * |q1 * q2| / r^2其中，k 是库仑常量，|q1 * q2| 是电荷的乘积，r 是电荷之间的距离。
根据库仑定律可以看出，电磁学中的电荷之间的相互作用力是一种作用力，它的作用依赖于电荷之间的距离和电荷量的大小。
当电荷之间的距离增大时，作用力减小；当电荷量增大时，作用力增大。
二、电磁场的产生与传播除了电荷之间的相互作用，电磁学还研究了电磁场的产生与传播。
当电荷发生运动时，就会产生磁场。
根据安培定律，电流元素产生的磁场与电流元素所在点的距离呈反比关系。
电流元素产生的磁场线形成闭合环路，即电流元素周围构成一个磁场环。
另外，根据法拉第电磁感应定律，当磁场的强度变化时，会在磁场中产生感应电动势。
这就是电磁感应的基本原理。
电磁感应是电磁学中非常重要的现象，广泛应用于发电机、变压器等电气设备中。
电磁场的传播是通过电磁波实现的。
电磁波是一种垂直于传播方向的电场和磁场的振动波动。
电磁波在真空中传播的速度为光速，即约为3×10^8米/秒。
电磁波的频率和波长之间有着确定的关系，即c = λ * f，其中 c 是光速，λ 是波长，f 是频率。
电磁波的产生可以通过振荡电荷或加速电荷实现。
振荡电荷产生的电磁波称为天线辐射，是通信领域中常用的一种传播方式。
总结起来，电磁学的工作原理包括电荷之间的相互作用和电磁场的产生与传播。
电荷之间的相互作用力满足库仑定律，与电荷量和距离相关；电磁场的产生与传播涉及电流元素产生的磁场和电磁感应定律。
6电磁法
电磁感应法是以地壳中岩石和矿石的导电性和导磁性 差异为主要物质基础，根据电磁感应原理观测和研究电磁 场空间与时间分布规律，从而寻找地下有用矿床或解决地 质问题的一组分支电法勘探方法，简称电磁法。 从20世纪60年代开始，电磁法广泛应用干石油天然气 普查、煤田普查、金属矿普查、水文工程地质以及解决深 部地质问题中的各个领域。 本方法利用多种频率（10(-3)～10(8)Hz）的谐变电磁 场或不同形式的周期性脉冲电磁场，前者称为频率城电磁 法，后者称为时间域电磁法。由于这两类方法产生异常的 原理均遵循电磁感应定律，故基础理论和野外工作基本相 同，但地质效能各有特点。
（三）波阻抗
为了消除电磁场的分量式中的未知系数Cx和Cy，取如下比值
yx
Ex Zபைடு நூலகம்xy i , Z Hy k1
Ey Hx
i
k1
可见，这个比值具有阻抗的量纲，它是平面电磁波在均匀导电介质中传播时遇到 的复波阻抗，是介质对电磁波传播的一种物理特性。 在均匀介质中，阻抗Zxy和Zvx的振幅相同，相位相反。下面考察根据波阻抗振幅 确定介质电阻率的可能性。
式中s为以r作对角线的矩形所包围的面积。 大回线场的特点：地面各点的磁场方向均 垂直地面，回线中部磁场较均匀。在该场 作用下地中产生水平方向的涡旋电流。 对边长为a的正方形回线，如以与中心点磁 场大小相差不超过4 0％为准，则在回线中 部0.6a及上下士0.18a的范围内可近似看成 垂直的均匀磁场。
二、地中交变电磁场 （一）谐变场 在频率域电磁法中常用的波场是谐变场。其中场强、电流密 度 以 及 其 它 量 均 按 余 弦 或 正 弦 规 律 变 化 ， 如 H=|H|cos(wtH),E=|E|cos(wt- E),这里E和H为初始相位。 借助于交流电的发射装置，加振荡器、发电机等，在地中及 空气中建立谐变场。激发方式一般为接地式的和感应式的。
03-04-震动排序与定向
自动机与自动线
常用装置
通用型电磁振动料仓
自动机与自动线
常用装置
分离型电磁振动料仓
自动机与自动线
装置
摆动式送料器
回转式送料器
自动机与自动线
常用装置
复合式送料器
自动机与自动线
常用装置
消极定向机构
积极定向机构
自动机与自动线
常用装置
消极定向原理
自动机与自动线
自动机与自动线
常用装置
三、零件的定向
2、积极定向机构 利用特定机构，将不符合方向要求的零件 矫正过来，使满足要求。 此法生产效率较高，但对零件形状要求较 高且机构制作困难。
自动机与自动线
常用装置
四、送料器
用途：解决物料顺序出仓并送进问题 1、直线往复 图2-25 a)推板式 b)推杆式 c)V形爪 2、摇摆往复 图2-26 特点：结构简单、上料速度快、空间占用小。 摆臂-铰链板-弹簧 3、旋转送料 图2-27 滚柱磨削 4、复合送料 图2-28 往复-旋转运动复合，竖直喂料-旋转输送
常用装置
消极定向原理
自动机与自动线
常用装置
定量原理
自动机与自动线
常用装置
擒纵式定量
自动机与自动线
常用装置
闸板式定量
自动机与自动线
常用装置
升降式定量
自动机与自动线
常用装置
汇流与分流
自动机与自动线
常用装置
饮料售卖机容器分割原理
5、常用电磁振动料仓 1）基本型 图3-42 按基本原理构造料仓 2）通用型 图3-43 使用橡胶件或螺旋弹簧承受轴向载荷 3）分离型 图3-44 容器部分与排序部分分离，降低振动 载荷。
自动机与自动线
电磁的原理
电磁的原理
电磁是一种十分神奇的物理现象，它的原理是指电流通过导体时所产生的磁场，以及磁场变化时所产生的感应电流。
电磁现象在我们日常生活中随处可见，比如电磁铁、电磁感应、电磁波等等，都是基于电磁原理的应用。
下面我们来详细了解一下电磁的原理。
首先，我们需要了解电流和磁场之间的关系。
当电流通过导体时，会在周围产
生磁场。
这是由于电子在导体内的移动产生的磁场。
根据安培环路定理，电流所产生的磁场的大小与电流的强度成正比，与导体的形状和电流的方向有关。
这就是电流产生磁场的原理。
其次，我们需要了解磁场变化时所产生的感应电流。
根据法拉第电磁感应定律，当磁场发生变化时，会在导体中产生感应电流。
这是因为磁场的变化会导致导体中自由电子的受力，从而产生感应电流。
这一原理被广泛应用在发电机、变压器等电磁设备中。
除了电流和磁场之间的关系，电磁现象还包括电磁感应和电磁波。
电磁感应是
指通过磁场的变化来产生感应电流的现象，这一原理被应用在变压器、感应电动机等设备中。
而电磁波是一种能够在真空中传播的波动，它由电场和磁场交替变化而产生，是一种横波。
电磁波的传播速度等于光速，因此电磁波也被广泛应用在通信、雷达等领域。
总的来说，电磁的原理是指电流通过导体时所产生的磁场，以及磁场变化时所
产生的感应电流。
这一原理被广泛应用在各种电磁设备中，包括发电机、变压器、感应电动机等。
同时，电磁现象也包括电磁感应和电磁波，它们在现代科技中发挥着重要作用。
通过深入了解电磁的原理，我们可以更好地理解和应用电磁现象，推动科技的发展和进步。
第一节-1 电磁法理论基础
(安培定律) (法拉第定律)
(1) (2) (3) (4)
j E B H D E
其中Ｈ为磁场强度，Ｅ为电场强度，Ｄ为电流密度，Ｂ为磁感应强度，ｊ为传导电流密度，﹕∂Ｄ/∂t 为位移电流密度，ｑ为自由电荷体密度，μ 为磁导率。
Csu-qjk
由于地下半空间是均匀介质，体电荷不可能堆积，所以自由电荷体密度ｑ为０。
（２５）
（２６）
Csu-qjk
再利用关系式：
r x cos x r
和
[ J 0 (r )] J 1 (r ) r
由此，（23）、（24）两式被改造为
2 PE 3Q 2S 2 Q Ax1 [ k1 ] z z 2 4k12 z 3 PE 1 ( R z )(R 2 3z 2 ) z(R 2 z 2 ) {[ k1 ]I 0 K 1 4 k1 R5 R3 [ 1 ( R z )(R 3 z ) z(R z ) z ( R 3z ) k ] I K ]I 0 K 0 1 1 0 k1 R5 R3 R4
2 A k 2 A 0
（11）式就是矢量位满足的方程，叫亥姆霍兹方程。
（１１）
另外，如果将（6）式代入（4）式，得
(
即
A )0 t
（１２）
2
( A) 0 t
( )0 t t
将（9）式代入上式，得
2
即
A 2 A A 2 0 t t
2
（10）
设
A A0 e it
则（１０）变为
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Csu-qjk
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绝对磁导率)，μ0为真空的磁导率，μ0 = 4π ×10﹣7H/m；KE和KH为装置系数，其值分别 为
KE
r3
AB MN
KH
2 r4
3AB n
s
式中r为收—发距。此外，通过被测信号 的相位与供电电流初始相位的比较，还可得到 电、磁场的相位差△φE和△φH。
方法，分为H、A、K及Q型振幅曲线。图3·4·3为μ2= 1/4 、υ2 = 4、ρ3→ ∞时，不同收—发距r的H型ρωEχ曲线 (曲 线参变量为r / h1)。曲线首支频率很高 ( λ1/h1→ 0)，电 磁波穿透深度很浅，故首支趋于ρω = ρ1的渐近线。应当 指出，由于ρω 趋于ρ1的过程比较复杂，因此首段是经过 数次摆动趋于ρ1的。随着频率的降低，穿透深度逐渐增 大，ρω减小，并出现尖锐的极小值，反映了中部低阻层 ρ2的存在。
图3.4.2 频率电磁测深法的装置形式 (a) 水平电偶极子装置； (b) 垂直磁偶极子装置
频率测深方法属于低频电磁法，因此可以 忽略位移电流的影响，视为似稳场。在频率测 深法中，虽然收—发距r是有限的，但在高频 情况下，观测地段可处于“远区”。这时电磁 波的传播是以平面波的形式入射到地表的，所 以“远区”又称为“波区”。而只有在波区， 地电断面中各层的电阻率、层厚等才能影响电 磁场的分布。随着频率的降低，同一测点又可 以处于“中间区”或“近区”。而“近区”的 电场类似于直流电场，仅与纵向电导有关。
由于该方法不需专门建立场源, 根椐地质任 务的不同即可探测磁分量也可探测电分量, 因 而近年来不仅在地质找矿方面, 而且在水文地 质调查中也获得了此较广泛的应用。 甚低频法在野外工作时，必须先将接收机校准 于所选电台的频率，使接收线圈面沿垂直轴转 动，当接收的信号最大时，线圈面所指的方向 即为电台方向。然后照准该方向(即以该方向
为水平轴)观测D、H z和Hy。
甚低频法的资料解释主要是定性地确定出低 阻体 (断裂带或岩溶发育带)的位置。从甚低频 法的理论曲线分析可知，利用极化椭圆倾角D曲 线的零值点及磁场水平分量极值点的位置均可 确定断裂带及低阻发育带的位置。
下面, 我们来看一下甚低频法在广西某地岩溶区的应
用。该岩溶区为10m厚的粘土所覆盖，下部基岩为泥
一、电磁测深法 电磁测深法是根据电磁感应原理，研究天 然或人工(可控)场源在大地中激励的电磁场分 布，并用电磁场观测值来研究地电参数沿深度 变化的一类电磁方法。常用的电磁测深方法有 天然场源的大地电磁测深、人工场源的频率电 磁测深和瞬变测深。在工程及环境物探中常用 的是人工源方法，故在此只讨论频率测深法。
第四节 电磁法原理
目录
第四节 电磁法原理 一、电磁测深法 二、甚低频电磁法 三、无线电波透视法
电磁法是以地壳中岩石和矿石的导电性、导磁性和介电 性差异为基础，通过观测和研究人工的或天然的交变电磁 场的分布来寻找矿产资源或解决水文、工程、环境及其它 地质问题的一类电法勘探方法。
电磁法所依据的是电磁感应现象。以低频电磁法 ( f﹤10﹣4 Hz )为例，如图3.4.1所示，当发射机以交变电 流I1供入发射线圈时，就在该线圈周围建立了频率和相位 都相同的交变磁场H1，H1称为一次场。若这个交变磁场 穿过地下良导电体，则由于电磁感应，可使导体内产生二 次感应电流I2 (这是一种涡旋电流)。这个电流又在周围空 间建立了交变磁场H2，H2称为二次场或异常场。利用接 收线圈接收二次场或总场 (一次场与二次场的合成)，在接 收机上读出相应的场强或相位值，并分析它们的分布规律 ，就可以达到寻找有用矿产或解决地质问题之目的。
井中无线电波透视法的工作原理如图3·4·7所示 。在一个井孔利用发射机发射一定频率(零点几兆赫 ～几十兆赫)的电磁波，在另一个井孔中利用接收机 接收被介质吸收后的电磁波。当井孔间有良导矿体 或充水溶洞存在时，由于电磁波被强烈吸收，使其 能量大为降低，因而在测量井孔的相应井段便出现 场强曲线的低值异常(或称为“阴影”)。根据收、发 仪间的关系及异常出现部位便可推断地质体的存在
图3.4.3 三层H型断面ρωEχ理论振幅曲线
图3.4.4是与图3.4.3相同地电条件下计算的Hz
曲线，曲线的首支和中支与波区理论曲线类似，
曲线Hz中后支为与横轴呈63°26'夹角上升的直线。
但当
时h11，曲 线尾支转而呈63°26'夹角下降
，它并不反映地电参数，而与频率及收—发距r
由于垂直磁偶极子场远较水平电偶极子场衰 减快，因此，在较大深度的探测中多采用电偶 极子场源。但磁偶极子场源是用不接地线圈激 发的，在某些接地条件较差的测区，或解决某 些浅层地质问题的探测中，磁偶极子场源还是 经常被采用。
（二）视电阻率公式及频率电磁测深理论 曲线水平电偶极子频率电磁测深常采用赤道装 置 (图3.4.2(a) θ=90°的装置)，这时远区视电 阻率振幅计算公式与直流电测深类似，
图3.4.1 电磁法原理示意图
电磁法的种类很多，按探测的范围，可以分为电 磁剖面法和电磁测深法两大类。前者可用于探测地下 某一深度范围内电磁场的分布规律，包括不接地回线 法、电磁偶极剖面法、航空电磁法、甚低频法等。后 者可用于探测某一测点上不同深度的电磁场分布规律 ，包括大地电磁测深、频率测深、瞬变测深等。按场 源的性质，可分为频率域电磁法和时间域电磁法两大 类。前者使用多种频率 ( 10﹣3~108 Hz )的谐变电磁 场，后者使用不同形式的周期性脉冲电磁场。按场源 的形式可分为被动场源 (天然场源)法和主动场源 (人 工场源)法。电磁法各类方法中，除大地电磁法外， 其余都是主动源法。按工作环境，又可以将电磁法分 为地面、航空和井中电磁法三类。
波长λ，从而改变电磁波的穿透深度。向地下发送由高频
到低频 ( n ·10 ~ 100 kHz )的电磁波时，高频电磁波衰
减快，穿透深度小，只反映浅部地电断面的特点。低频
电磁波衰减慢，穿透深度大，可以反映较深处地电断面
的特点。于是通过变频的方法就可以达到探测不同深度
地电断面之目的。
频率测深的激发方式有两种。一种是利用接地 电极AB作为场源，将谐变电流送入地下，由于接地 电极之间的距离比它到测量电极或测量线圈间的距 离小得多，因此场源可视为水平电偶极子(图 3.4.2(a))。另一种激发方式是在不接地水平线圈中通 以谐变电流作为场源，由于水平线圈的直径比场源 到测量电极或测量线圈之间的距离小得多，因此场 源可视为垂直磁偶极子(图3.4.2(b))。频率测深的接 收装置可以是测量电极M、N，也可以是接收线圈， 它们分别测量电场分量和磁场分量。
在这里需注意：“远区”是指收—发距r 很大或频率f很高的范围，这时电磁场为辐射 场，电磁波具有平面波的性质（注：电磁波为 球面波，当其远离场源传播时，半径r会逐渐 增大，当r很大时，我们所研究的电磁波的那 部分球面可视为平面，这个范围的电磁波称为 平面波。）。“近区”是指收—发距r很小或 频率f很低的范围，这时电磁波不具有平面波 的性质，且受场源影响较大。位于“近区”和 “远区”之间的范围，称为“中区”或“中间 区”。
Ex
KE
U E I
（3.4.1）
Hz
KH
H I
（3.4.2）
式中：E χ为电场水平分量振幅值；H z为磁 场垂直分量振幅值；ω为角频率(圆频率), ω
= 2πf , f为工作频率；△UE = MN·E χ , 为测 量电极M、N之间的电位差；εH = ωμ0nsH z , 为接收线圈的感应电动势；n和s分别为接收
实测的视电阻率曲线一般绘于以 T 为横 坐标 (T为周期)及以ρω为纵坐标的双对数坐标 系中。相位曲线则绘于以 T 为横坐标 (对数) 及以△φ为纵坐标 (算术坐标)的单对数坐标系 中。
与直流电测深一样，频率测深理论曲线也可分为二
层、三层及多层曲线。理论振幅曲线以ρω/ρ1为纵轴、以 λ1/h1为横轴，绘在双对数坐标系上。根据组成地电断面 参数的不同，我们依然将三层曲线按直流电测深的命名
（一）频率测深的基本原理及工作方式
频率测深是一种频率域的电磁测深方法，与直流测
深方法不同，它是用改变频率的方法来控制探测深度，
而不用增大供电极距AB。因电磁波的穿透深度与其波长
有关，理论上可以证明，在均匀各向同性半空间中，电
磁波在电阻率为ρ的介质中传播的波长
503
f
。若地
层电阻率ρ不变，改变电磁波的频f率 ，就可以改变其
U fD U fG
s
图3·4·5 二道白河至两江剖面视电阻率断面图及推断 的地质剖面
二、甚低频电磁法
甚低频 (VLF) 电磁法是一种被动源电探方法， 它利用超长波通讯电台所发射的电磁波为场源，通 过在地表、空中或地下探测场的参数变化，从而达 到找矿或解决有关工程及环境地质问题的目的。超 长波通讯电台的功率一般比较强大，通常为n·102 ~ n·103 kW，工作频率约为15 ~ 25 kHz。我国生产的 DDS—1型甚低频电磁仪就是以设在日本(NDT)和澳 大利亚(NWC)海军通讯电台发射的电磁波为场源， 其工作频率分别为17.4kHz和22.3kHz。显然, 我们 把这种频段称为甚低频, 纯属无线电工程中的一种分 类。就电探方法的频率而言，这已属于高频电磁法 的频率范畴了。
盆系百灰岩，地下岩溶发育，地表可见塌陷地形。工
区测线方位为NE70°，选择NDT台作为场源，用甚低
频电磁仪观测电场水平分量Ex和磁场水平分量Hy。同 时还用NWC台观测极化椭圆倾角D及磁场水平分量Hy
和垂直分量H z。图3.4.6展示了该区13线上甚低频法 及联合剖面法的观测结果，由图可见，在该线上甚低
频法有明显的极化椭圆倾角及磁场水平分量异常，而
联合剖面法及甚低频视电阻率曲线却只反映出较宽的
低阻异常带。经钻探验证，在100号点处见到岩溶发
育带，95号点为黄土充填的岩溶塌陷。