应用电磁学与电磁兼容论文
电磁学在电磁兼容与电磁干扰中的应用
电磁学在电磁兼容与电磁干扰中的应用电磁学是研究电磁场和电磁波的物理学科,它在现代科技中扮演着重要角色。
电磁兼容与电磁干扰是电磁学的一个重要应用领域,它关注电子设备之间的相互影响,以及如何减少电磁干扰对设备正常工作的影响。
电磁兼容是指电子设备在电磁环境中的相互协调和共存能力。
在现代社会中,电子设备的种类繁多,它们在不同的频段和功率下工作,产生的电磁辐射也不尽相同。
如果这些设备之间的电磁辐射相互干扰,就会导致设备的性能下降甚至失效。
因此,电磁兼容的研究和应用非常重要。
电磁兼容的研究需要深入了解电磁场的特性和行为。
电磁场是由电荷和电流产生的,它具有电场和磁场两个组成部分。
电场是由电荷引起的,而磁场则是由电流引起的。
这两个场相互耦合,形成电磁场。
电磁场的传播速度是光速,它以电磁波的形式传播。
电磁波包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。
在电磁兼容研究中,我们需要了解电磁辐射的特性和传播规律。
电磁辐射是电子设备产生的电磁波在空间中的传播。
电磁辐射可以通过天线、导线和介质等途径进行。
电磁辐射的强度和频率对设备的影响很大。
强度过大或频率过高的电磁辐射可能会导致设备的故障或失效。
因此,我们需要对电磁辐射进行监测和控制,以确保设备的正常工作。
电磁干扰是指电子设备由于电磁辐射而受到的不良影响。
电磁干扰可能导致设备的性能下降、数据丢失、通信中断等问题。
电磁干扰的来源很多,包括电源线、天线、导线、电机等。
这些设备产生的电磁辐射可能会干扰其他设备的正常工作。
因此,我们需要采取一系列措施来减少电磁干扰的影响。
电磁兼容与电磁干扰的研究和应用需要掌握一定的技术和方法。
首先,我们需要了解电子设备的电磁特性和工作原理。
这样可以帮助我们分析设备之间的相互影响。
其次,我们需要进行电磁场的测量和分析。
这可以帮助我们评估设备的电磁辐射水平和频谱分布。
然后,我们需要设计和优化设备的电磁兼容性。
这包括天线设计、电磁屏蔽、滤波器设计等。
电磁兼容论文
显然,EMC设计的目的就是使所设计的电子设备或系统在预期的电磁环境中能够实现电磁兼容。换而言之,就是说设计的电子设备或系统必须能够满足EMC标准规定的两方面的能力:1)能在预期的电磁环境中正常工作,无性能降低或故障;2)对该电磁环境不是一个污染源。
(三)近年来电磁兼容(EMC)领域的发展概况
通过电磁兼容和电磁干扰的学习,自身加强了对二者的关系理解,从而让自己对电磁兼容和电磁干扰有了很好的认识。对于基本的电磁干扰危害有个很好的改善方法。也从根本上了解了电磁兼容和电磁干扰。使自己对电磁干扰和电磁干扰有了一个很深的认识。
参考文献:
张海泉.电子设备EMC中的屏蔽技术[M].西安:河南教育学院学报(自然科学版),2007.09
2.屏蔽
屏蔽技术就是利用屏蔽体阻断或减小电磁能量在空间传播的一种技术,是减少电磁发射和实现电磁骚扰防护的最基本、最重要的手段之一。采用屏蔽有两个目的:一是限制内部产生的辐射超出某一区域;二是防止外来的辐射进入某一区域。屏蔽按其机理分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽三种。按屏蔽体结构可分为完整屏蔽、不完整屏蔽及编织带屏蔽。
(1)工作电源通过线路的分布电源和绝缘电阻产生漏电造成的干扰。
(2)信号通过地线、电源和传输导线的阻抗互相耦合,或导线之间的互感造成的影响。
(3)设备或系统内部某些元件发热,影响元件本身及其他元件的稳定性造成的干扰。
(4)大功率和高点压部件产生的磁场、电场通过耦合影响其他部件造成的干扰。
2.外部干扰——电子设备或系统以外的因素对线路、设备或系统的影响。
射场,以平面电磁波形式向外辐射电磁场能量,并进入被干扰对象的通路。
2.干扰信号以漏电和耦合的形式,通过绝缘电介质,经公共阻抗的耦合进入被干扰系统。
电磁兼容性的研究和应用
电磁兼容性的研究和应用近年来,随着电子产品的广泛应用,电磁兼容性问题越来越受到人们的关注。
电子产品中存在的电磁噪声和干扰会对周围的电子设备产生负面影响。
因此,研究和应用电磁兼容性成为了保证电子产品可靠性和稳定性的有效手段。
一、电磁兼容性概述电磁兼容性(EMC)是指在一定工作环境下,各种电子设备在电磁环境下不会产生冲突或干扰。
电磁兼容性问题主要有两个方面:一是电磁辐射问题,即电子产品工作时发射出的电磁波对其周围的电子设备造成的影响。
二是电磁干扰问题,即外部电磁干扰对电子产品的影响。
电磁兼容性不仅是一门技术,更是一种质量标准。
为了保证电子产品质量,电磁兼容性的研究和应用十分重要。
二、电磁兼容性的研究1.电磁兼容性测试为了准确地测定电子产品在电磁环境下的性能,需要进行电磁兼容性测试。
电磁兼容性测试包括辐射测量、传导测量、抗扰度测量等,这些测量方法可以帮助我们确定电子产品的电磁性能。
2.电磁场仿真电磁场仿真技术是一种对电磁场进行仿真的技术手段。
电磁场仿真技术可以模拟电磁场在不同材料中的强度分布和场量分布,还可以模拟电磁干扰产生的效应。
通过电磁场仿真,可以预先发现电子产品的电磁兼容性问题,从而避免事后来解决电磁干扰问题会带来的更多的损失。
3.电磁兼容性设计电磁兼容性设计是一种设计思路,主要是要通过对设计过程中的电磁干扰和辐射等问题的分析,采取合理的措施,从而达到符合要求的电磁兼容性目标。
在电磁兼容性设计中,除了采取适当的电路和系统设计措施外,还需要做好电磁辐射、传导噪声等问题的控制。
仔细考虑电磁兼容性问题是设计可靠电子产品的必经之路。
三、电磁兼容性的应用1.军事在军事领域中,电磁兼容性问题更加突出。
为了保证军事通讯和电子战指挥系统的安全性,电磁兼容性的研究和应用十分必要。
军事设备的电磁兼容性研究和应用不仅直接关系到国家安全,同时也是电磁兼容性研究的重要领域之一。
2.航空航天在航空航天领域,飞机的电磁兼容性问题尤为突出。
电磁兼容论文
电磁兼容论文第一篇:电磁兼容论文本学期,我选修了电磁兼容这门课程。
通过电磁兼容课程的学习,老师教会了我许多,一方面是有关电磁兼容方面的知识,另一方面是有关生活和人生方面的体会和感悟。
由于与电机系统的电磁兼容有关的问题大都涉及一些高年级的知识,作为大二的我还没有学习,所以对于电机系统的电磁兼容问题没有过于深刻的理解和探究。
我想通过以下几个方面来阐述我所理解的电磁兼容问题。
一.电磁兼容的概念在国际电工委员会标准IEC对电磁兼容的定义为:系统或设备在所处的电磁环境中能正常工作,同时不会对其他系统和设备造成干扰。
EMC包括EMI(电磁干扰)及EMS(电磁耐受性)两部分,所谓EMI电磁干扰,乃为机器本身在执行应有功能的过程中所产生不利于其它系统的电磁噪声;而EMS乃指机器在执行应有功能的过程中不受周围电磁环境影响的能力。
电磁兼容(electromagnetic compatibility)各种电气或电子设备在电磁环境复杂的共同空间中,以规定的安全系数满足设计要求的正常工作能力。
也称电磁兼容性。
它的含义包括:①电子系统或设备之间在电磁环境中的相互兼顾;②电子系统或设备在自然界电磁环境中能按照设计要求正常工作。
若再扩展到电磁场对生态环境的影响,则又可把电磁兼容学科内容称作环境电磁学。
电磁兼容的研究是随着电子技术逐步向高频、高速、高精度、高可靠性、高灵敏度、高密度(小型化、大规模集成化),大功率、小信号运用、复杂化等方面的需要而逐步发展的。
特别是在人造地球卫星、导弹、计算机、通信设备和潜艇中大量采用现代电子技术后,使电磁兼容问题更加突出。
二.系统电磁兼容技术发展现状电磁兼容技术是在研究电磁干扰机理和电磁干扰防护技术的过程中发展起来的。
电磁干扰是人们早就发现的电磁现象, 它几乎和电磁效应现象同时被发现, 1881年英国科学家发表“ 论无线电干扰”的文章, 标志着研究干扰问题的开始。
1888年德国物理学家赫兹首创了天线, 第一次把电磁波辐射到自由空间, 同时成功地接收到电磁波,用实验证实了电磁波的存在, 从此开始了对电磁干扰问题的实验研究。
电磁兼容性设计与实现应用的研究
电磁兼容性设计与实现应用的研究电磁兼容性(Electromagnetic Compatibility,EMC)是现代电子系统设计中重要的考虑因素之一。
它涉及到电子设备、电磁环境和它们之间相互作用的问题。
在现代社会中,电子设备无处不在,因此保证各种设备和系统之间的相互作用正常运行,免受电磁干扰的影响,已经成为一个非常重要的问题。
本文将探讨电磁兼容性设计与实现应用的研究,并提供一些关键策略和技术,以确保电子设备在复杂的电磁环境中具有良好的兼容性。
首先,了解电磁兼容性的基本概念是必要的。
在电子系统中,不同设备之间会发生电磁干扰和互相影响的现象。
这种干扰可能会造成系统信号的失真、误操作、故障甚至瘫痪。
因此,电磁兼容性设计旨在确保电子设备在电磁环境中正常工作,同时不会对周围设备和系统产生干扰。
为了实现良好的电磁兼容性,以下是一些重要的策略和技术:1. 综合考虑系统特性:在电磁兼容性设计中,需要综合考虑整个系统的特性。
这包括对系统的电源、地线、信号线、器件布局等进行综合考虑。
通过优化系统的物理布局和连接方式,可以减少电磁互相干扰的可能性。
2. 优化电磁屏蔽设计:为了减少外部电磁场对设备的干扰,可以采用电磁屏蔽设计。
这包括使用屏蔽材料和屏蔽罩来封闭设备,以减少外部电磁场的干扰。
此外,良好的接地设计也是电磁屏蔽设计的重要一环。
3. 选择合适的滤波器和保护电路:滤波器和保护电路对于抑制电磁干扰和保护设备免受电磁干扰的影响非常重要。
通过合适的滤波器设计,可以减少设备之间的电磁互相干扰。
保护电路则可以防止设备受到外部电磁脉冲的损害。
4. 进行电磁兼容性测试和验证:在设计完成后,进行电磁兼容性测试和验证是非常重要的步骤。
这可以确保设计的有效性,并且能够及时发现和解决潜在的电磁兼容性问题。
常见的测试方法包括辐射发射测试、抗扰度测试和传导干扰测试等。
另外,在现实应用中,电磁兼容性设计与实现也需要考虑到环境因素。
不同环境中的电磁特性不同,需要针对性地进行设计与实施。
变电站电磁干扰及电磁兼容论文整理版
变电站综合自动化结课论文变电站的电磁干扰及电磁兼容引言电力系统作为一个强大的电磁干扰源,在运行时会产生各种电磁干扰。
各种以微电子和计算机技术为基础的二次设备(例如继电保护、远动、通信设备等)是干扰的敏感者,极易受到干扰影响而出现误动、程序运行异常等非正常工作状态,甚至造成元器件或者设备的损坏。
随着智能电子设备、就地化智能终端和保护、高频率低电压微处理器、非常规互感器等新技术的采用,电力系统二次设备的抗干扰性能将面临更大的挑战。
变电站综合自动化系统,是利用多台微机和大规模集成电路组成的自动化系统,代表常规的测量和监视仪表,代替常规控制屏、中央信号系统和远动屏,用微机保护代替常规的继电保护屏,改变常规的继电保护装置不能与外界通信的缺陷。
因此,变电站综合自动化是自动化技术、计算机技术和通信技术等高科技在变电站领域的综合应用。
变电站综合自动化系统具有功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特征。
变电站在电力系统中,是一次设备和二次设备最集中的场所。
系统运行方式的变化、开关的动作、雷电流的出现以及二次回路电缆间的电磁耦合都会对二次回路产生干扰。
因此,变电站是电力系统电磁干扰和电磁兼容性问题的主要研究对象。
本文将从电磁干扰源、电磁干扰危害以及防电磁干扰的措施三个方面对变电站电磁兼容问题做一定的阐述。
一、电磁干扰源分析变电站综合自动化系统的电磁干扰源有外部干扰和内部干扰两方面。
内部干扰是由自动化系统结构、元件布置和生产工艺等决定。
外部干扰源主要有交、直流回路开关操作、扰动性负荷(非线性负荷、波动性负荷)短路故障、大气过压(雷电)、静电、无线电干扰和和电磁脉冲等。
变电站中一次回路的任何暂态过程都会通过不同的耦合途径传入二次回路形成电磁干扰,二次回路本身也会产生干扰。
二次回路中的设备主要包括继电保护、控制、信号、通信和监测等仪器仪表。
它们都属于弱电装置,耐压能力与抗干扰能力较弱。
因此,不加防范就会干扰二次设备的正常工作,严重时会造成二次设备绝缘击穿损坏,形成永久性故障。
电磁兼容期末论文
学院物信学院姓名尹天林学号20111060235 班级11级电信二班对抑制开关电源纹波的研究的认识本学期,我学了电磁兼容这门课程。
学习这门课程对我的帮助非常大,现在我对所学到的其中一部分知识进行一些必要的梳理,以便能为自己今后的学习工作积累一些必要的资源。
对于这门课的总体感受,我想老师教给我们的绝不仅仅是电磁兼容的内容本身,更多的是思考与解决问题的方法。
在课上,老师不仅教会了我很多关于电磁兼容方面的知识,而且让我明白了无论做什么事,都要有突破传统思想的勇气,因为这样能把学的知识记得更牢固,更有机会去发现解决问题的更好的方法,推动新的技术的发展。
进入课程内容,首先我了解了什么是电磁兼容。
电磁兼容是指器件在工作的过程中即不干扰其它电器,同时也不被其它电器所干扰。
电磁干扰可以来自于系统的内部,也可以来自于系统的外部。
它主要由以下三个要素产生:电磁骚扰源、传播途径、敏感设备。
电磁兼容的实施性方法包含了组织措施与技术措施两个方面。
技术上有合适的接地,合理的布线,屏蔽。
滤波,电气隔离,限幅,续流,计算机软硬件措施等。
组织上有电磁兼容标准、规范,频谱管理,空间分离,时间分隔等。
在课上,老师对我国该领域与国外进行了一些对比。
对于这部分内容,我印象很深刻,也产生了一些自己的想法。
我国与发达国家及日本韩国相比,科技创新能力仍然处于较低的水平。
华为作为我国较大的电子产品公司,所做的也是拿来国外的产品回来进行研究学习模仿。
而相比之下,对于大多的小公司与企事业单位而言,市场的竞争力更是远不及国外。
自主创新设计出的产品往往存在各种缺陷。
听了老师的课我认识到这些缺陷的存在往往是理论上没有问题,而到了实际中才会出现的问题。
即所设计出的产品在实验室能够跑得很好,可到了实际环境中却会出现一些意想不到的故障。
这些大部分是电磁兼容的问题。
正常运行的设备到了实际的环境中由于电磁环境恶劣,就会受到干扰而故障。
因此,要好好学习和了解电磁兼容知识是很有必要的。
电磁兼容试验管理论文
电磁兼容试验管理论文摘要:电磁兼容一般指电气及设备在共同的电磁环境中能执行各自功能的共存状态,即要求在同一电磁环境中的上述各种设备都能正常工作又互不干扰,达到“兼容”状态。
现在电磁兼容工作者又进一步探讨电磁环境对人类及生物的,学科范围已不仅限于设备与设备间的,而进一步涉及到人类本身,因此某些国内外学者也把电磁兼容学科称作环境电磁学。
由于试验技术是电磁兼容学科中的一项重要支撑技术,本文将就此作些扼要介绍。
关键词:电磁兼容试验技术现状需求一电磁兼容试验技术现状及发展需求我国运用电磁兼容试验技术,多起始于60年代前后,当时试验室条件简陋,测量设备多半是国内自行研制的简易测量设备,测量手段也比较落后。
1966年船舶先行一步,制订了自己的行业测量标准JB-854-66《船用电气设备工业无线电干扰端子电压测量及允许值》。
改革开放后,国际交往增多,国际先进的电子测量设备大量涌进市场。
国内一些重要科研单位、大型生产厂家及某些高校先后兴建电磁兼容试验室,引进了成套的测量设备。
众所周知,电磁兼容领域与其它专业相比,要更多地依赖于测量,而且电磁兼容测量对试验条件的要求又很严格。
因此,随着国际电磁兼容标准的与转化,我国高标准的试验室陆续建成,专业技术队伍不断扩充壮大,这为电磁兼容试验技术的发展带来了机遇和条件保证。
欧共体颁布89/336EEC文件以后,电磁兼容标准的效力已被认可。
我国政府部门对此作出反映,出台一系列举措,如:国家出入境检验检疫局和对外贸易合作部联合下发《关于六种进口产品实施电磁兼容强制检测的通知》,规定从1999年1月1日起对个人机、显示器、打印机、开关电源、电视机、音响设备实施强制性检测,从2000年1月1日起必须获得国家出入境检验检疫局签发的进口商品安全质量认可证书,并加贴安全认证标志后方能进口销售。
这些举措显然都要依赖于测试验证,在客观上推动了电磁兼容试验技术的发展。
特别是2001年12月11日起我国已成为WTO的正式成员,电气、电子产品的国际贸易将会更加频繁,大至大型电机,小至电动玩具,都要进行电磁兼容测试,电磁兼容试验的市场需求已不言而喻。
现代电磁兼容技术的研究与应用
现代电磁兼容技术的研究与应用在当今科技高速发展的时代,电子设备的广泛应用给我们的生活带来了极大的便利,但同时也带来了一个不容忽视的问题——电磁干扰。
为了确保各种电子设备能够在复杂的电磁环境中正常工作,并且不对其他设备造成干扰,现代电磁兼容技术应运而生。
电磁兼容(Electromagnetic Compatibility,简称 EMC)指的是设备或系统在其电磁环境中能正常工作,且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。
简单来说,就是让电子设备既能够抵御外界的电磁干扰,又不会主动向外发射过多的电磁干扰。
现代电磁兼容技术的研究涵盖了多个方面。
首先是电磁干扰的产生机制。
电磁干扰源可以分为自然干扰源和人为干扰源。
自然干扰源如雷电、太阳黑子活动等,而人为干扰源则包括各种电子设备的运行、电力系统的工作等。
了解这些干扰源的特性和产生机制,是解决电磁兼容问题的基础。
其次,电磁传播的途径也是研究的重点。
电磁干扰可以通过传导、辐射等方式传播。
传导干扰是指干扰信号通过电源线、信号线等导体传播;辐射干扰则是通过电磁波的形式向空间传播。
针对不同的传播途径,需要采取相应的抑制措施。
在电磁兼容的测试技术方面,随着技术的不断进步,测试方法和设备也日益完善。
常见的测试项目包括电磁辐射发射测试、电磁敏感度测试等。
通过精确的测试,可以评估电子设备的电磁兼容性能,发现潜在的问题,并为改进提供依据。
现代电磁兼容技术在众多领域都有着广泛的应用。
在通信领域,随着 5G 技术的普及,大量的基站和终端设备需要满足严格的电磁兼容标准,以确保通信的质量和稳定性。
在航空航天领域,飞机上的各种电子设备密集,电磁环境复杂,电磁兼容技术对于保障飞行安全至关重要。
在汽车行业,电动汽车的发展使得车内的电子系统越来越复杂,电磁兼容问题直接关系到车辆的性能和可靠性。
在医疗领域,许多精密的医疗设备如核磁共振仪、心脏起搏器等,对电磁干扰极为敏感。
一旦受到干扰,可能会导致诊断错误甚至危及患者生命。
电磁兼容原理论文
电磁兼容原理、技术及应用设计论文电磁兼容性屏蔽系别滨江电子信息工程系专业名称电子信息班级名称电子信息<三>班学生姓名陈贵龙学号***********指导教师吴大中职称高级教师论文设计时间2010年12月20日-2010年12月26日摘要本文简单介绍了广义的电磁屏蔽设计基本思路和实现方法关键词电磁兼容性电磁屏蔽设计电磁屏蔽材料和屏蔽方法一.引言电子设备工作时,会受到各种电磁干扰(Electro-magnetic Interference),包括自身的干扰和来自其它设备的干扰,同时也会对其它设备产生电磁干扰。
电磁干扰若超过了设备的允许值,就会影响设备的正常工作。
电磁屏蔽有2个目的,一方面能防止干扰源对设备或系统内部产生有害影响,另一方面也可以防止设备或系统内有害的电磁辐射向外传播。
为了满足这些设备对电磁干扰屏蔽的需要,在过去的几年中人们开发了大批新的改良的产品。
根据屏蔽的工作原理可将屏蔽分为以下3大类:电场屏蔽、磁场屏蔽及电磁场屏蔽。
当干扰源产生的干扰是以电压形式出现时,干扰源与电子设备之间就存在容性电场耦合,可将其视为分布电容间的耦合。
为消除或抑制这种干扰,要进行电场屏蔽。
其设计应遵从的原则是:(1)屏蔽体要尽量靠近受保护物,而且屏蔽体的接地必须良好;(2)屏蔽效果的好坏与屏蔽体的形状有着最直接的关系。
屏蔽体如果能够做成全封闭的金属盒最好,但在工程实践中还需要根据实际情况而定;(3)屏蔽体的材料要以良导体为好,对厚度没有严格的要求,只要有足够的强度即可。
(1)磁场屏蔽当干扰源以电流的形式出现时,此电流所产生的磁场通过互感耦合对邻近信号形成干扰。
此时,为了抑制干扰,要施行磁场屏蔽。
磁场屏蔽机理主要是依靠高导磁材料所具有的低磁阻,对磁通起着分路的作用,从而使得屏蔽体内部的磁场大为减弱。
总之,对于磁场屏蔽来讲:(1)当电磁场干扰源的频率较高时,利用高电导率、低电阻率的金属材料中产生的涡流反向磁场,形成对外来电磁波的抵消作用,从而达到屏蔽的效果。
电磁学的应用及原理论文
电磁学的应用及原理论文引言电磁学是物理学的重要分支,研究电荷之间的相互作用以及电场和磁场对物体的影响。
电磁学的应用十分广泛,涵盖了许多领域,包括工业、通信、医学等。
本论文将介绍电磁学的应用及其原理,探讨其在各个领域中的重要性和影响。
电磁学的基本原理电磁学的研究基于两个基本方程:电场的高斯定律和磁场的法拉第定律。
根据这些基本方程,我们可以推导出许多电磁学的定律和理论。
以下是一些电磁学的基本原理:•库仑定律:描述了两个电荷之间的力和它们之间的相互作用。
电磁力的大小与电荷之间的距离成反比,与它们的电荷量的乘积成正比。
•安培定律:描述了电流通过导线时产生的磁场。
根据安培定律,电流的大小和方向决定了所产生磁场的强度和方向。
•法拉第定律:描述了磁场对电流产生的感应力。
根据法拉第定律,当一个导体在磁场中运动时,磁场会对导体中的电荷产生力,从而产生感应电流。
电磁学的应用电磁学在工业领域中的应用电磁学在工业领域中有着广泛的应用。
以下是一些示例:1.电动机:电动机是将电能转化为机械能的设备,它利用电磁场中的相互作用来产生转矩。
电动机广泛应用于各种机械设备中,如风力发电机、电动汽车等。
2.发电机:发电机是将机械能转化为电能的设备,它利用电磁学原理来产生电流。
发电机广泛应用于电力系统中,为我们提供稳定的电力供应。
3.变压器:变压器是将交流电的电压变换为不同电压的装置,它利用电磁学原理来实现电压的转换。
变压器在电力系统中起到重要的作用,帮助实现电能的传输和分配。
电磁学在通信领域中的应用电磁学在通信领域中起着至关重要的作用。
以下是一些示例:1.电磁波传输:无线电、电视、手机等通信设备都是利用电磁波进行信息传输的。
电磁学原理帮助我们理解电磁波的传播和调制技术,从而实现高效的通信。
2.天线技术:天线是接收和发送无线电波的设备,它利用电磁学原理来实现无线通信。
不同类型的天线可以接收和发射不同频率的电磁波,如Wifi、蓝牙等。
3.电磁兼容性:电磁兼容性是指设备在电磁环境中能够正常工作,而不会相互干扰。
电磁兼容性研究及应用
电磁兼容性研究及应用电磁兼容性(Electromagnetic Compatibility,简称EMC)是指电子设备在共存于复杂电磁环境中时,以及设备与设备之间的相互作用中,能够正常运行而不受无线电频谱干扰和电磁波辐射的影响。
电磁兼容性研究及应用已经成为现代电子技术领域中不可或缺的一部分。
首先,我们来探讨电磁兼容性研究的意义。
随着电子设备的不断发展和广泛应用,电磁干扰现象也日益增多。
电磁干扰会导致设备运行异常,甚至造成设备损坏和系统崩溃等严重后果。
而电磁兼容性的研究旨在有效地控制和减小这种干扰,确保设备的正常运行和性能可靠性。
如今,电磁兼容性已经成为各个行业的重要研究领域,涉及到通信、航空、医疗、汽车等多个领域。
在电磁兼容性研究中,人们主要关注两个方面:抗干扰性和抗辐射性。
抗干扰性是指电子设备具备抵抗外界干扰的能力,例如能够在强电磁干扰环境下保持正常运行。
而抗辐射性则是指电子设备在运行时产生的辐射水平要在可接受范围内,不对周围设备和人体健康造成危害。
通过对这两方面的研究,可以提高电子设备的抗干扰能力和辐射控制水平,从而保证设备的可靠性和安全性。
为了研究和解决电磁兼容性问题,人们进行了大量的理论研究和实验探索。
在理论研究方面,电磁场理论、电路理论、电磁波传播理论等都为电磁兼容性研究提供了基础。
在实验探索方面,人们设计了各种测量设备和试验平台,对电子设备的辐射和干扰进行定量分析和评估。
例如,我们可以利用扫频仪、频谱分析仪等设备对电磁辐射进行测试,并通过改进设备结构或材料选择等方法提高设备的辐射控制水平。
除了理论研究和实验探索,电磁兼容性研究中还涉及到很多应用技术。
一种常见的应用技术是屏蔽技术。
屏蔽技术通过在设备周围添加屏蔽材料,如金属盒、屏蔽板等,来屏蔽外界电磁干扰或减小设备辐射对周围环境的影响。
另一种常见的应用技术是滤波技术。
滤波技术通过设计和优化滤波电路,使得设备对特定频段的电磁波辐射或干扰具有较好的屏蔽效果。
电磁兼容性的研究及应用
电磁兼容性的研究及应用电磁兼容性是一门涉及电子工程、电磁场理论、电磁波传播等多学科的交叉学科,它主要研究电子设备及系统在电磁环境中的兼容性问题,即不同电子设备之间、设备与环境之间的相互影响和相互干扰问题,是电子工程领域中的一大难点。
作为一项重要的技术领域,电磁兼容性一直受到人类的重视。
1958年,美国成立了第一个全国性的EMC(Electromagnetic Compatibility)组织,开始建立电磁兼容性的国际标准。
此后,许多国家纷纷成立了自己的电磁兼容性组织,并开始研究和制定相应的标准和规范。
目前,全球有多个国际电磁兼容性组织,如国际电工委员会(IEC)、国际电子工程师协会(IEEE)等,他们联合起来共同推动着电磁兼容性研究的发展。
电磁兼容性的研究已经不仅仅局限于军事领域,而是应用到了众多的领域。
在军事领域,电磁兼容性的研究是保证军事设备行动的一项重要技术。
同时,它的应用也包括了民用领域,如电气、通讯、交通、工业、医疗等。
随着电子技术的迅速发展,电磁兼容性的重要性也越来越受到大众的重视。
电磁兼容性的研究分为三个方面,即电磁辐射、电磁感应、电磁场耦合三个方面。
其中,电磁辐射问题主要包括了发射、驻留、传播等问题;电磁感应问题主要研究了电场、磁场、电磁波等对电子系统的影响;电磁场耦合问题是指电子系统中各种电子元件之间,以及元件与外界的电磁干扰关系。
电磁辐射是电磁兼容性研究的一个重要分支,它的主要问题是如何有效地抑制电磁干扰。
目前,主要是采用屏蔽技术和滤波技术两种方法来解决。
屏蔽技术是通过金属屏蔽、电磁波衰减材料等方式来减少干扰源的辐射,并把受干扰的设备与外界隔离开来。
滤波技术则是通过滤波器来选择性地阻隔或放行特定频率的电磁干扰信号,以达到抑制电磁干扰的效果。
屏蔽技术是减少电磁干扰辐射的主要手段,而滤波技术则主要用于在电磁干扰高频噪声干扰下,对传输系统信息的进行滤波和达到噪声抑制的效果。
电磁感应问题是指电磁辐射作用下,电子系统的电场、磁场、电磁波等产生的感应问题,也是电磁兼容性研究的关键问题。
计算电磁学在电磁兼容仿真中的应用
时域有限差分法在天线辐射特性计算、微波电路分析、散射体雷达散射截面等方面有广泛的应用,对于计算孔缝对屏蔽效能的影响具有优越性。
1.4 几种方法的比较
矩量法既要面对繁难的积分方程,又要注意基函数的恰当选取;既要耐心处理奇异点,又要巧妙构思快速求解技术。相对而言,实施有限元要容易些,只需要注意基函数选取及稀疏矩阵存储方式即可。至于时域有限差分就更容易了。因此一般说来矩量法实施最难,有限元次之,时域有限差分法最易。
当前电磁学中使用较多的数值方法主要有两类,一类是以电磁场问题的微分方程为基础的数值方法,如有限元法(FEM)、时域有限差分法(FDTD)等;另一类是以电磁场问题的积分方程为基础的数值方法,如矩量法(MOM)、多层快速多极子法(MLFMM)等。
1.1 有限元法
有限元方法是近似求解数理边值问题的一种数值技术,最早于20世纪40年代提出,在六七十年代被引进到电磁场问题的求解中。该方法的原理是用许多子域来代表整个连续区域,在子域中未知函数用带有未知系数的简单插值函数来表示,利用里兹变分法或伽略金方法得到一组代数方程,最后通过求解这组方程得到原边值问题的近似解。原边值问题可表示为:
互连电缆通常是航空通信、电力、电子等系统中电磁兼容性能较为薄弱的环节,外部环境对互连电缆的耦合经常造成系统性能的降低,甚至失效。研究其对与外部环境电磁场的耦合机理,对于系统电磁防护及电磁兼容分析有着重要的意义。算例分析:在平面波照射下,采用矩量法,计算得到屏蔽同轴电缆上产生的感应电压,,并计算得到不同线型(如平行双线、双绞线)上产生的感应电流,。由仿真结果分析可知,双绞线上的耦合电流比平行双线小很多,从抗干扰的角度来讲应尽可能采用双绞线代替平行双线。
波电场方向平行于长方形孔的短边时,耦合进箱体的场强最强,相应的箱体屏蔽效果越差,且长边与短边的比值越大,屏蔽效果
电磁兼容技术研究与应用
电磁兼容技术研究与应用随着现代社会的迅速发展,电气电子设备的种类和数量不断增加,而这些设备所带来的电磁辐射也越来越大,对人类健康和环境带来了一定的影响。
为了保护人类健康和环境的安全,电磁兼容技术应运而生。
电磁兼容技术是一种保证电器设备能够在同一时空内协调共存,避免相互干扰和影响的技术。
该技术已在生产制造、医疗保健、通信、能源等领域得到了广泛的应用。
接下来,本文将从电磁兼容的基础知识、发展现状以及未来的发展趋势等方面进行了解和探讨。
一、电磁兼容技术的基础知识电磁兼容技术(Electromagnetic Compatibility, EMC)是指电器设备在规定的电磁环境下正常工作,而不会引起相互干扰,提高设备的可靠性、安全性、稳定性和抗干扰能力,同时提高电子设备的产品质量和市场竞争力。
为了让电磁兼容技术成为现实,需要对电磁辐射和电磁敏感度有全面的了解。
电磁辐射(Electromagnetic Radiation, EMR)是指发射源向周围环境无线地传播的电磁能量,与产生辐射的设备位置无关。
电磁敏感度是指设备对外界电磁干扰的敏感度。
二、电磁兼容技术的发展现状目前,世界各国的电磁兼容标准已经越来越完善,并且有许多电磁兼容法规在各自的领域得到了广泛的应用。
例如,在电力系统中,电磁兼容问题已经得到广泛关注。
在医疗场所中,一些新型医疗设备的应用已得到广泛推广。
在通讯领域,近年来各种类型的通讯设备在全球范围内得到了广泛应用。
在航空航天领域,电子设备作为航空电子与航空航天科学的重要组成部分,已成为飞行安全和飞行质量的主导关键因素。
三、电磁兼容技术的未来发展趋势随着信息技术的发展,电磁辐射的问题将会越来越突出,电磁兼容技术的发展也会逐步与之相关。
未来电磁兼容技术的重点将主要偏向于高速数据通讯与控制、辐射天线技术、微波与射频技术、涉密电磁信息的保护技术、地面系统与卫星系统的兼容等方面的研究。
另外,电磁兼容技术的发展还需要在测试、监测、标准制定、认证和教育培训等方面进行增强和合作。
利用电磁学和计算电磁学分析电磁兼容
W.C. Chew 美国国家工程院 院士、普渡大学教授,研究方 向是波物理学。过去的 30 年 里,专门研究多散射成像和计 算 电 磁 学 的 快 速 算 法, 最 近 的研究方向是量子理论与电磁 学、微分几何与计算电磁学的 结合。在 MIT 取得本科、硕士、 和博士学位后,于 1981 年加 入 Schlumberger-Doll 研 究 所, 1985 年加入伊利诺伊大学香 槟 分 校,2017 年 起 任 职 于 普 渡大学。曾获多项教学和科研 奖项,并于 2013 年入选美国 工 程 院 院 士,2018 年 任 IEEE AP-S 主席。
电磁噪声诊断的另一种方法是逆散射法。该方法既
利用电磁学和计算电磁学 分析电磁兼容
Combining Electromagnetics and Computational Electromagnetics with Electromagnetic Compatibility
普渡大学 周永祖
摘要 阐述了电磁噪声的诊断方式、原因分析及改善措施。通过增
因此,CEM 中利用麦克斯韦方程进行计算求解一直是热门的课题,
本文是周永祖(W.C.Chew)根据自己近几年的学术报告整理而成,由集美大 学的胡玉生老师翻译、整理。
2020 年第 1 期 安全与电磁兼容 9
PERSPECTIVE
由于纳米制造技术的发展,人们可以制备出光频段的超 表面 [8],这个领域涌现出一些重要工作。这些超表面结 构涉及波物理,CEM 工具可以帮助进行分析、设计和 优化 ;在电磁兼容中,CEM 可以用来研究复杂环境中 的各种耦合、设计优化、天线方向图的综合和复杂系统 设计,也可以用来验证想法、通过机器学习进行统计分 析、建模和设计。
Keywords
电磁兼容性技术研究与应用
电磁兼容性技术研究与应用一、电磁兼容性的基础电磁兼容性是指各类电磁设备和系统在共用电磁环境时互不干扰,同时也能互相抗干扰和抗干扰能力的技术。
它主要基于电磁波的特性和电路的电磁相互作用,是电磁学的一个重要分支。
在实际应用中,不同的电子设备与系统在共用电磁环境时往往会产生电磁干扰,这种干扰不仅会影响设备系统的性能,还会对人体健康和生命安全产生不良影响,因此电磁兼容性的研究和应用显得尤为重要。
二、电磁兼容性的研究现状电磁兼容性在现代电子设备和系统中具有极为重要的作用和地位,其研究从上世纪60年代开始就受到广泛关注。
目前,国内外的专家学者已经对电磁兼容性的相关理论、技术和方法进行了深入研究。
这些理论和技术主要包括:1. 电磁场理论及其应用电磁场理论是电磁兼容性研究的基础。
它主要研究电磁波的传播和相互作用规律。
在实际应用中,通过对电磁波的传播特性和电磁场行为进行研究,可以有效地提高电磁兼容性。
2. 电磁信号分析和处理技术电磁信号分析和处理技术是电磁兼容性技术的重要组成部分。
它主要研究电磁信号的特征和分布规律,以及对信号进行处理、滤波和消除噪声等方法。
3. 抗干扰技术和电磁隔离技术抗干扰技术和电磁隔离技术主要是针对电磁兼容性环境中出现的干扰现象。
通过对设备和系统进行抗干扰处理和电磁隔离,可以有效地降低电磁干扰水平,从而提高设备的可靠性和稳定性。
4. 技术标准和规范技术标准和规范是保障电磁兼容性的重要手段,它可以有效地指导工程师进行设计、制造和维护工作,确保设备和系统在电磁环境中的正常运行。
三、电磁兼容性的应用电磁兼容性在现代的电子设备和系统中具有广泛的应用。
主要应用领域包括:1. 无线通信系统电磁兼容性在无线通信系统中具有重要的应用价值。
通过对天线和无线电路进行兼容性分析和处理,可以有效地提高电磁环境下通信系统的性能,降低干扰水平。
2. 航空航天系统在航空航天领域,对于特殊环境和严苛条件下的电子设备和系统,电磁兼容性的研究和应用显得尤为重要。
电磁学在航天器电磁兼容性测试中的应用研究
电磁学在航天器电磁兼容性测试中的应用研究引言:航天器的电磁兼容性测试是确保其电子设备在各种电磁环境下正常运行的重要环节。
电磁兼容性测试的目的是检测和评估航天器内部各种电子设备之间的电磁兼容性,以及航天器与外部电磁环境之间的相互影响。
本文将探讨电磁学在航天器电磁兼容性测试中的应用研究。
电磁兼容性测试的背景:航天器在执行任务时,会受到各种电磁干扰,例如来自雷达、通信设备、电磁辐射等。
这些干扰可能会对航天器内部的电子设备造成不同程度的影响,甚至导致设备故障。
因此,为了确保航天器的正常运行和任务的成功执行,必须对其进行电磁兼容性测试。
电磁兼容性测试的方法:电磁兼容性测试主要分为三个方面:辐射干扰测试、传导干扰测试和敏感度测试。
辐射干扰测试是通过模拟外部电磁环境,检测航天器内部电子设备对外部电磁辐射的敏感程度。
传导干扰测试是通过模拟内部电子设备之间的电磁干扰,评估其对其他设备的影响。
敏感度测试是检测航天器内部电子设备对外部电磁干扰的敏感程度。
电磁兼容性测试的关键技术:电磁兼容性测试涉及到多个关键技术,其中包括电磁场测量技术、电磁辐射防护技术、电磁兼容性分析技术等。
电磁场测量技术是电磁兼容性测试的基础,通过测量电磁场的强度、频率和方向等参数,可以评估航天器内部电子设备受到的电磁干扰程度。
电磁辐射防护技术是为了减少外部电磁辐射对航天器内部电子设备的影响而采取的一系列措施,例如屏蔽、隔离、滤波等。
电磁兼容性分析技术是通过建立电磁兼容性模型,分析和评估航天器内部各种电子设备之间的电磁兼容性。
电磁兼容性测试的挑战:航天器的电磁兼容性测试面临着一些挑战。
首先,航天器的电子设备种类繁多,每个设备的工作原理和敏感程度都不同,因此需要针对不同设备进行不同的测试和评估。
其次,航天器的电磁环境复杂多变,包括地面测试环境和太空环境,需要对不同环境下的电磁兼容性进行全面考虑。
此外,航天器的电磁兼容性测试需要满足一定的时间和成本限制,因此需要寻找高效和经济的测试方法和手段。
电磁兼容理论研究或技术应用
电磁兼容的理论研究常云鹏中原工学院电子信息学院信息084摘要:随着现代科学技术的发展, 电子设备的数量及种类不断增加使电磁环境( E ME ) 日益复杂在这种复杂的电磁环境中, 如何减少相互间的电磁骚扰, 使各种设备正常运转, 是一个急待解决的问题电磁兼容正是解决这类问题的一门新兴学科。
电和磁是互相关联的。
每一台电子设备都不可避免电磁兼容问题。
因此,为了使电子设备可靠运行,必须研究电磁兼容技术。
以实例说明了电磁兼容的思路和设计方法。
通过对电磁干扰源的明确认识,对电磁干扰引入路径的清楚了解,针对电磁干扰敏感的接收电路进行重点保护。
关键词:电磁兼容;电磁干扰;设计;屏蔽Theoretical Study of Electromagnetic CompatibilityChang Yun-pengElectronic Information School of Information 084Abstract: With the development of modern science and technology, the number and types of electronic equipment, increasing the electromagnetic environment (E ME) complex in this increasingly complex electromagnetic environment, how to reduce electromagnetic interference between each other, so that normal operation of equipment is a pressing problem is to solve such problems of electromagnetic compatibility of a new discipline. Electricity and magnetism are interrelated. Every electronic device is inevitable electromagnetic compatibility. Therefore, in order to make reliable operation of electronic equipment, electromagnetic compatibility technology must be studied. EMC examples illustrate the idea and design methods. Through a clear understanding of the source of electromagnetic interference, electromagnetic interference into the path of a clear understanding of the sensitive receiver for electromagnetic interference protection circuit.Key words: electromagnetic compatibility; electromagnetic interference; design; shield1、引言1822年安培提出了一切磁现象的根源是电流的假说。
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应用电磁学与电磁兼容论文摘要:现代人的生活,似乎离不开电.物理概念的发展而言,更有趣的,也更重要的是;人们怎么会从不知道用电,一步一步,变成了有了用电的能力,终于到了离不开它的地步。
这段历史,也最能鲜明地描绘出:以理解大自然为目标的科学研究,对全人类可能(但不必然)产生的巨大影响。
关键词:电磁学发展世界电化一、前言现代人的生活,似乎离不开电。
电灯、电话、电视、电影、计算机、电冰箱…,样样都是生活必须用品。
一旦停电,日子不知怎么过。
但世界上第一个有规模的发电厂(尼加拉水力发电厂,显示了当时电力的需求已渐普遍)开动,不过是1896年的事,距今只有一百多年。
(电视连续剧「大宅门」描写清末民初电灯、电话初到北京城的情形,相当有意思。
)一百多年间,这个世界上大部份的人的生活,从几乎没有电器用品,到充满了电器用品,这变化不但是巨大得令人难以想象,并且深入到生活、思想、感情…,所有的人生面向。
举个有诗意的例子:爱情上受挫折是古今中外诗歌中最常见的题材。
古诗中固然有怨恨情人变心的,但也很常见的是所爱之人远在他乡,衷情难诉,以致相思甚苦。
例如:古诗十九首「采之欲谁遗,所思在远道」。
李白长相思「天长路远魂飞苦」等等。
如今的流行歌曲中,第二种越来越少,第一种却很多。
──今日的手机、e-mail等等,使距离不再成为谈情说爱的障碍,但却防不了情人变心。
──这也显示了,要了解古人,就要从古人当时的情境来看才能妥切。
也许,很多人有兴趣知道最新奇的发明。
但从物理概念的发展而言,更有趣的,也更重要的是;人们怎么会从不知道用电,一步一步,变成了有了用电的能力,终于到了离不开它的地步。
这段历史,也最能鲜明地描绘出:以理解大自然为目标的科学研究,对全人类可能(但不必然)产生的巨大影响。
二、古代的电磁观察与应用1936年,考古学家在巴格达附近挖出了一些铜罐,罐中铺了沥青,沥青上插着铁条。
在大约同一地点,还发掘出了一些镀金物品。
有研究者便认为这些铜罐就是巴比伦人发明的电池,而镀金物(如果是电镀)是这些东西确是电池之证据。
而这些东西,其年代有早到公元前2000年以上的。
如果这是真的,巴比伦人领先了近代电池(伏特,1793)与电镀(1800-35),将近四千年。
别的文明在电磁方面就没有这样可惊的成绩了。
古希腊人发现了琥珀、毛皮等摩擦可以生电,至今英文Electricity的字根,尚是希腊文的琥珀。
但对他们说来,天上的雷电,仍然是宙斯大神的脱手武器。
中国人很早就知道天然磁石会吸铁,带电物会吸小物体(东汉王充27-97「论衡」电磁力之记述:「顿牟拾介,慈石引针」),以及利用磁针导航,甚至对磁偏角有所记述(方以智,~1600)。
「磁针导航」这技术,传到西方,促成了西方的「大探险时代」(15-16世纪。
1492哥伦布发现美洲,1498达伽马绕过好望角到达印度,1519-22麦哲伦环绕世界一周,称为「三大航海」。
他们都用磁针罗盘。
)也引起了十八世纪以后的殖民主义。
这些电磁的观察与应用,可以使我们感叹古人之智能,特别是巴比伦电池。
但巴比伦电池即使是事实,对日后电磁学发展,却没有什么影响。
摩擦生电与磁性现象却在停滞千余年之后,在十八世纪的西欧,成为电磁学发展的出发点。
三、电之捕捉与库伦定律十七世纪末(1684年),牛顿出版其「自然哲学之数学原理」。
从此,研究自然界之力之种种,成为物理学之中心课题,一直到今天。
但这本书太成功了,力学的现象,从天上行星之运转,到地面苹果落地,似乎它都能精准描述。
然而,牛顿此书中只有一种力:万有引力。
牛顿也知道自然界绝不止这一种力,例如,杯子打破了,碎片不可能凑起来就合而为一,可见原来把杯子各部份连合成一块的力不是万有引力;万有引力太微弱,不足以使物体聚合成形。
故牛顿以后,要做有挑战性的研究,莫过于研究万有引力之外的力。
电与磁都会产生力,而且比万有引力大很多。
(如果两块磁铁,吸在一起,使其相聚之力是磁力,就可以分分合合。
)因此,十八世纪的欧洲,很多人在研究电与磁。
特别是电,更富挑战性。
因为电这个东西,虽然摩擦两个适当的物体,就能产生。
带电物体会吸小纸片,有时还会在黑暗处冒火花,好玩得很。
(当时,还有人发明了摩电器。
)但是,却不容易驾驭,一不小心就被它溜掉。
1734年,法国人杜菲(Charles-Francois du Fay,1696-1739),玩来玩去,玩出心得。
他发觉不管是用什么东西摩出来的,电只有两种。
他命名之为「玻璃电」与「树脂电」。
只有不同类的电,相互靠近时才会相吸或冒火花,同类的不但不冒火花,还会相斥。
他又发明了一个器具:密封的玻璃瓶中,插入一根金属棒,瓶内的一端,挂上两片金箔;瓶外的一端,做成一个小球。
带电的物体靠近小球时,金箔就会张开。
──这些,今日看来都没有什么了不起,但在电还是「神出鬼没」的时候,这是不简单的成就。
然而,每次玩电,都要从头摩起,相当烦人。
1745年,荷兰莱顿大学教授穆森布洛克(Petrus van Musschenbrock,1692-1761),根据克莱斯特(E. G. Kleist, 1700-48)发明的储电器,发表了「莱顿瓶」。
这也是一个玻璃瓶,内外壁上各贴一圈锡箔纸。
内壁可以「充电」(把摩擦来的电碰触而输进去),这些电很久都不会跑掉。
如果用两根金属线,把内外相连,两金属线的缝隙中就可以产生火花。
今日来看,「莱顿瓶」不过是个简单的电容器,但当时极受欢迎。
瓶子越做越大,火花也更壮观。
可是,电到一下可不是好玩的(也有人特意去尝一下被电的滋味)。
这可以说这是人类驯服电的开始(姑且不算巴比伦),但也开始领教了电的威力。
十八世纪初,美国还是欧洲的化外之地,文化落后,更无所谓科学。
波士顿的一个做肥皂与蜡烛的工匠,十七个子女中的第十个,自学有成,文采斐然。
与欧洲,特别是英国的科学家,保持通信。
他从英国进口仪器开始,研究电学而成名,到后来被英国皇家学院选为院士。
在美国的独立革命中,他以著名科学家的身份,出使法国,立下大功。
也在独立宣言(1776)上签名,成为美国的开国元勋之一。
他就是鼎鼎大名的富兰克林(Benjamin Franklin,1709-1790)。
1752年,他在大雷雨中放风筝,把天上的电,收到莱顿瓶中。
从此证明了天上的电,与摩擦出来的电是一样的;一般人所怕的雷,声势吓人,其实并不可怕,伤人破屋的是电。
进一步,他就发明了避雷针:建筑物上装一根金属针,通到地下,屋中的人就不怕雷了,因为电就会被导入地下。
(新英格兰有一教堂中的牧师,认为避雷针保护好人,也保护坏人,有碍上帝的意旨,故在讲道中大加谴责。
不料没几天,教堂受到雷击,塌了一角,只好也装上避雷针。
)此外,他注意到了两种电有相互扺消的现象,所以他建议把「玻璃电」与「树脂电」改名为「正电」与「负电」(模拟于正数与负数之相互扺消)。
富兰克林的正负电命名,沿用至今,但是却有些不幸。
因为常用的金属导线中流动的都是电子,而电子上所带的电,却被命名为负电。
以致电线中的电流若是向左,其中电子其实是向右跑。
「正数与负数之相互扺消」这事中,含有量的关系(+3,-3可以相消,+3,-2就消不干净。
)「电荷量」之测定,却要归功于法国人库伦(Charles Augustin Coulomb, 1736- 1806)。
(也有人得到类似的结果,但以他的发表最早,影响也最大。
)库伦出身兵工军官,早年在中美洲驻扎时,把身体搞坏,回国做研究。
法国大革命(1789)后退隐家园。
他发现了用细长绳索吊挂一根细棍,细棍两端对称以维持水平。
两端若受水平方向之微力,则以的绳索之扭曲以平衡之。
这「扭称」(torsion balance)可以做很精准的力的测量(至今尚是的测量微小力的最精准工具,但这种实验都是很难做的)。
在1785-91年间,他用这工具,反复测量,终于发现了库伦定律:电荷与电荷之间,同性相斥,异性相吸。
其力之方向在两电荷间之联机上。
其大小与电荷间之距离之平方成反比,而与两电荷量之大小成正比。
这是电学以数学来描述的第一步。
请注意:(1) 此定律用到了牛顿之力之观念。
(若无牛顿对力之阐述,很难想象此定律是何形式)。
这成了牛顿力学中一种新的力。
其与牛顿万有引力有相同之处,如:与距离之平方成反比;亦有不同,如:可以相吸,亦可以相斥。
(2) 这定律成了「静电学」(即电荷静止时之各种现象)之基础。
如今所有电磁学,第一个课题必然是它。
(3) 这也是电荷单位的来源。
例如:两个相同之电荷,相距一公尺,若其相斥之力为「若干」时,称之为一单位。
原理上,这「若干」可以任意选定,所以电荷单位有好几种。
但今日「公制」(MKSA)的做法,却是先决定电流单位「安培」(理由见后),再以一安培之电流一秒中的累计量为一「库伦」,再间接决定这「若干」=9×109牛顿。
(4) 这9×109牛顿,相当于九十万公吨的重力──静电力强大的可怕。
虽然也可以说一库伦的电荷太大,但无论如何,正负电相消的趋势是很强的。
日常的物体中,虽然电荷很多,但几乎都抵消的干干净净,呈现电中性的状态。
必须花功夫(如摩擦)才能使其呈现带电状。
而且,一不小必就又跑去中和掉,所以难以驾驭。
因此,虽然库伦定律描述电荷静止时的状能十分精准,单独的库伦定律的应用却不容易。
以静电效应为主的复印机,静电除尘、静电喇叭等,发明年代也在1960以后,距库伦定律之发现几乎近两百年。
我们现在用的电器,绝大部份都靠电流,而没有电荷(甚至接地以免产生多余电荷)。
也就是说,正负电仍是抵消,但相互移动。
──河中没水,不可能有水流;但电线中电荷为零,却仍然可以有电流!四、从伏特电池、安培定律到电报、电话:雷雨时的闪电,或莱顿瓶的火花放电,都是瞬间的事。
电虽然在动,但是太快了,很难去研究电流的效果。
电池可以供应长时间的电流(直流电)。
因此,电池的发明是电磁学上的大事。
──这也就是为什么巴比伦电池这样令人惊讶。
十八世纪欧洲人到处掠夺殖民地。
当时也没有什么保护生态观念,殖民地出产的珍禽异兽,一股脑捉回家去。
亚马逊河出产一种电鱼,能发出瞬间强电,电晕小动物。
当然,电鱼也被捉回了欧洲。
这引起了不少人研究「动物电」的兴趣,也就是动物的身体如何发电。
1780年,意大利波隆大学教授加凡尼(Luigi Galvani, 1737 - 1789 )发现了用电击死蛙之腿,可引起抽动。
而蛙腿夹在不同金属(如铜、锌)间则可发出电来。
与他认为这是「动物电」效果。
1793年,加凡尼的朋友,比萨大学教授伏特(Alexandro G.A.A. V olta, 1745 -1827)把一块锌板,一块铜板放到舌头上下,而用铜丝将两板连结,他发觉舌头会感到咸味,而铜丝中有电流现象(如: 可使蛙腿抽动)。
但不久他发觉这与「动物电」无干,因为若不用舌头,而用一片浸过碱水的纸板夹在铜、锌之间,也可生电流。