交变电磁场1
磁场15-带电粒子在交变电磁场中运动1
2．解： （1）t=0 时刻射入电场的带电粒子不被加速，进入磁场做圆周运动的半径最小，粒子在磁场中运动时有 mv 105 rmin= 0= 8 =0.2m qB 10 × 5× 10-3 L （2）因带电粒子通过电场时间 t= =2× 10-6s<<T，故带电粒子通过电场过程中可认为电场恒定不变。 v0 设两板间电压为 U1 时，带电粒子能从 N 板右边缘飞出， d 1 qU1 L 2 = ( )( ) 2 2 md v0 U1= md2v02 =100V qL2
－
度 v0=105m/s，比荷 q/m=108C/kg，重力忽略不计，在每个粒子通过电场区域的时间极短，此极短时间内电场可视作是恒 定不变的。 （1）试求带电粒子射出电场时的最大速度。 （2）证明任意时刻从电场射出的带电粒子， 进入磁场时在 MN 上的入射点和出磁场时 在 MN 上的出射点间的距离为定值。 （3）从电场射出的带电粒子，进入磁场运 动一段时间后又射出磁场。求粒子在磁场中 运动的最长时间和最短时间。 图甲 -200 N O v0 M u/V 200
O
O
0.2
0.4 图乙
0.6
0.8 t/s
2
1．解： （1）在 t=0 时刻，电子进入偏转电场，Ox 方向（水平向右为正）做匀速直线运动。 eU Oy 方向（竖直向上为正）在 0－t0 时间内受电场力作用做匀加速运动，a= 0 md eU0t0 在 t0－2t0 时间内做匀速直线运动，速度 vy=at0= md 侧向位移 1 y= at02+vyt0 2 3eU0t02 得 y= 2md （2）设电子以初速度 v0=vx 进入偏转电场，在偏转电场中受电场力作用而加速。不管电子是何时进入偏转电场，在它穿 eU 过电场的 2t0 时间内，其 Oy 方向的加速度或者是 a= 0（电压为 U0 时） ，或者是 0（电压为 0 时） 。 md eU t ∆v=a∆t，它在 Oy 方向上速度增加量都为∆vy= 0 0。 md eU t 因此所有电子离开偏转电场时的 Oy 方向的分速度都相等为 vy= 0 0；Ox 方向的分速度都为 v0=vx，所有电子离开偏转电 md 场的偏向角都相同。 （3）设电子从偏转电场中射出时的偏向角为 ，电子进入匀强磁场后做圆周运动垂直打在 l vt 荧光屏上，如图所示。电子在磁场中运动的半径：R= sinθ v 设电子从偏转电场中出来时的速度为 vt，则电子从偏转电场中射出时的偏向角为： sinθ= y θ vt R mvt 电子进入磁场后做圆周运动，其半径 R= Be Ut 由上述四式可得：B= 0 0。 dl l
第六章-交变电磁场
B 0
D
H J jD
E jB
B 0
D
复数形式的麦克斯韦方程组
H
J
jD
1. 复数形式麦氏方程组的获得和最初对场量 复数表达式的定义无关，即可以规定取实部
E jB
B 0
D
（Re），也可以取虚部（Im）；但取法一旦 确定，在整个问题的分析过程中就不能改变， 必须保持一致。
交变电磁场中的电场有旋有散，磁场有旋无散。
复习练习
J E 传导电流
D t 位移电流
D t E t E E
幅度之比 1 1000
Maxwell方程组的逻辑关系
E B t
B 0
0 ( E) ( B ) t
( B) 0 t
麦克斯韦方程组并非相互独立的四个方程 只有三个独立的方程
H z H0kcosky sin(t kz)dz
H
0k
1 k
c
osk
y
c
os(t
k
z)
C
麦克斯韦方程组
麦克斯韦第一方程看来是解决 磁场旋度问题的
E • dl
C
t
B • dS
S
sD dS q
SB dS 0
E B t
D
B 0
麦克斯韦第一方程? 麦克斯韦第二方程 麦克斯韦第三方程 麦克斯韦第四方程
z
kz)
ey
E0k sin(t kz)ey
H
k
E0
cos(t
kz)ey
交变电磁场的简谐形式
Ex E0 cos(t kz)ex
H
k
E0
cos(t
kz)ey
复数形式的麦克斯韦方程组
交变电磁场
2、频率必须够高 理论和实验均表明，振荡频率越 高，电荷的辐射功率越大，越有利于电磁波的发射。 上述两个条件是相互联系的。事实上，按3.9的顺序 改造LC振荡电路的同时，电路中C和 L的值都在不断地减 1 小，因此电荷的振荡频率 在不断地增高。 2 LC 最后得到的振荡电偶极子，已经是能够有效地发射电磁 波的振源了。
d m E Cos dl i L dt
(3.3)
式(3.1)和(3.2)是从两个不同侧面来计算的同一个功，因而
这种由磁场变化而激发的电场，称为感应电场，上式中 的 Ei 叫做感应电场强度。
实验表明，感应电场强度与回路的导电性能无关， 它是交变电磁场本身属性的一种表现。事实上，即使 没有导体回路，而在任意的假想回路上，式(3.3)仍然成 立。例如在空间任取的一个积分回路中，虽然没有电 流产生，但回路上任意一点仍然有感应电场强度。 式(3.3)中“-”号表示了Ei绕回路L的积分与穿过以L 为边界线的面上的磁通量增量之间方向的关系。当我 们取定回路绕行正方向，并规定与其成右手螺旋关系 的方向为通量及通量增量的正方向，如图3.1(a)所示。 在这种规定下，根据楞次定律必然有
d m E Cos dl i i L dt
可见，(3.3)式中“-”号是楞次定律的数学表示。也 可以说，Ei的环流 E dl 与磁通量的变化成左手关系 iCos
产生圆形旋转电磁场的所有条件
产生圆形旋转电磁场的所有条件
要产生圆形旋转电磁场，需要满足以下条件：
1. 电磁场必须是交变电磁场，在时间上有周期性变化。
2. 磁场的方向必须垂直于旋转轴线，并且在平面上呈现圆形分布。
3. 电磁场的强度必须随着时间变化，并且在旋转轴线上呈现周期性的变化。
4. 电磁场的频率必须足够高，使得所产生的旋转磁场在人眼中能够看到。
为了满足这些条件，可以使用旋转电流来产生旋转磁场。
具体方法包括：
1. 在一个导线上通以交流电流，使得电流在导线中形成周期性变化。
可以通过交流电源或者震荡电路来提供交流电流。
2. 将导线绕成圆形或环形，使得电流在导线周围形成圆形分布。
3. 控制交流电流的频率，使得旋转磁场的频率足够高，以满足人眼的视觉要求。
需要注意的是，以上是一种常见的方法，可以产生简单的圆形
旋转电磁场。
实际应用中，可能会有其他的方法和条件，具体需要根据具体的研究或设计要求来确定。
交变电流电磁场电磁波1
高中物理学习材料金戈铁骑整理制作（00上海卷）1．如图（a），圆形线圈P静止在水平桌面上，其正上方悬挂一相同的线圈Q，P和Q共轴，Q中通有变化电流，电流随时间变化的规律如图（b）所示，P所受的重力为G，桌面对P的支持力为N，则ADt时刻N＞G。
（A）1t时刻N＞G。
（B）2t时刻N＜G。
（C）2t时刻N=G。
（D）401上海综合2 ．某实验小组用如图所示的实验装置来验证楞次定律。
当条形磁铁自上而下穿过固定的线圈时，通过电流计的感生电流方向是 DA a→G→bB 先a→G→b，后b→G→aC b→G→aD 先b→G→a，后a→G→b02全国3．图中EF、GH为平行的金属导轨，其电阻可不计，R为电阻器，C为电容器，AB为可在EF和CH上滑动的导体横杆。
有均匀磁场垂直于导轨平面。
若用I1和I2分别表示图中该处导线中的电流，则当横杆AB(D)A 匀速滑动时，I1＝0，I2＝0B 匀速滑动时，I1≠0，I2≠0C 加速滑动时，I1＝0，I2＝0D 加速滑动时，I1≠0，I2≠002年广东、河南4 远距离输电线的示意图如下：若发电机的输出电压不变，则下列叙述中正确的是（A）升压变压器的原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关（B）输电线路中的电流只由升压变压器原线圈的匝数比决定（C）当用户用电器的总电阻减小时，输电线上损失的功率增大（D）升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压01津晋卷 5电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（如污水）在管中的流量（在单位时间内通过管内横截面的流体的体积）。
为了简化，假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中的a 、b 、c ，流量计的两端与输送液体的管道相连接（图中虚线）。
图中流量计的上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料，现于流量计所在处加磁感强度为B 的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面。
当导电液体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R 的电流表的两端连接，I 表示测得的电流值。
主变消磁的目的及方法
主变消磁的目的及方法一、引言主变消磁是电力系统中的重要工作之一，它的主要目的是消除主变器芯片中的磁滞现象，保证主变工作的稳定性和准确度。
本文将介绍主变消磁的目的及方法，以便广大工程师更好地理解和应用。
二、主变消磁的目的主变作为电力系统中的核心设备，其正常运行对电力系统的稳定性和可靠性至关重要。
然而，在长期运行过程中，主变芯片会因为磁滞现象而产生磁化，进而影响主变的准确度和性能。
因此，主变消磁的主要目的包括以下几个方面：2.1保证主变的稳定性主变磁化会导致输出信号的偏移和扭曲，进而影响主变的测量精度和稳定性。
通过定期进行主变消磁，可以有效消除主变芯片中的磁滞现象，保证主变的稳定性和准确度。
2.2提高主变工作效率主变磁化会导致磁能损耗和热量的产生，从而降低主变的工作效率。
通过进行主变消磁，可以减少磁能损耗，提高主变的工作效率，降低能源消耗。
2.3增强主变的耐受能力主变长期运行可能会在芯片中积累较强的磁化场，使主变芯片变得脆弱，容易受到外界磁场的干扰。
通过定期进行主变消磁，可以增强主变的耐受能力，提高其抗干扰能力和抗冲击能力。
三、主变消磁的方法主变消磁的方法多种多样，下面将介绍常用的两种方法。
3.1电流反向法电流反向法是一种简单有效的主变消磁方法。
具体步骤如下：1.关闭主变输入电源，确保主变处于停电状态。
2.将电源线与主变输入端连接，通过适当调节电源的电流大小和方向，使得电流流经主变芯片中的磁场反向。
3.持续一段时间后，逐渐减小电流，让电流从正向逐渐回到零。
最后，将电源与主变输入端断开。
3.2交变电磁场法交变电磁场法是一种常用的主变消磁方法，适用于大型主变。
具体步骤如下：1.关闭主变输入电源，确保主变处于停电状态。
2.将主变置于交变电磁场中，使主变芯片中的磁场不断变化和消失，并产生感应电流。
3.持续一段时间后，逐渐减小电磁场强度，让主变芯片中的感应电流消失。
最后，将主变从交变电磁场中取出。
四、总结主变消磁是电力系统中必不可少的工作之一。
厦门大学 大学物理B 第08章 变化的电磁场(1)
线内的产生的动 生电动势。
b ab Ek dl (v B) dl a a Ek v B dl Rd , 方向如图
b
解：
v
b
Ek
dl
; 2
a
R
O
b
作业：
习题8-3： 长为L的铜棒，以距端点r处为支点，以角速率 ω 绕通过支点且垂直于铜棒的轴转动。设磁感强度 为B的均匀磁场与轴平行，求棒两端的电势差。
Ek
dl
; 2
a
R
O
b
d (v B) dl
vBdl cos vBdl sin
ab (vBR sin )d
0
2vBR
方向：b→a
v
b ab Ek dl (v B) dl a a Ek v B dl Rd , 方向如图
I
b ＋
B
－e
v
Blx
dx i Bl dt
d
Fk － a
1灭菌
34
①升温阶段
如果是用蒸汽通人夹套或蛇管方式加热，加热蒸汽 温度ts保持不变，而培养基温度从t1升到t2。设传热 系数K，W/(m2·℃)，随温度的变化忽略不计；换热 面积为A，m2；培养基的质量为G，kg；比热容为C， J/(kg·℃)。根据热量恒算得加热所需时间
23 由于微生物的△E比维生素高，随着灭菌温度的升
高，比死亡速率的增加较分解速率常数快，因而在
24
5.2.2 培养基的分批灭菌
培养基的分批灭菌：就是将配制好的培养基放在发 酵罐或其他容器中，通入蒸汽将培养基和所用设备 一起灭菌的操作过程，也称实罐灭菌。 特点：在工业上，培养基的分批灭菌无需专门的灭 菌设备，设备投资少，灭菌效果可靠，对灭菌用蒸 汽要求低(0.2～0.3 MPa表压)。其灭菌温度低、时 间长而对培养基成分破坏大，其操作难于实现自动 25 控制。
30
可以看出一般采用的灭菌条件121℃、30 min是有其理论依
考虑升温阶段对灭菌的贡献
实际上保温开始时培养基中活微生物数不是 N0而是Np，得
其中τp为升温阶段时间，可从100℃开始算起。 km为这一温度段内的灭菌常数之平均值，
31
例5-2
根据例5-l中的条件，并且已知升温阶段培养基温度从 100℃升到121℃需要20 min，考虑这一阶段的灭菌 作用，求保温时间? 解：考虑培养基升温阶段(100℃升到121℃)的灭菌作 用，在升温到121℃时，培养基中活微生物数已由 N0降为Np个。从公式(5-5)可知k是温度T的函数，在 升温阶段(100℃升到121℃)，k不是常数而随温度变 化。
而Ns为灭菌结束时培养基中活微生物数，一般取 29 0.001个，即灭菌失败的概率为千分之一。 N 参考
第6章交变电磁场课件
t
1 2
E2
1 2
mH
2
s
E2
利用矢量恒等式 ( E H ) H ( E ) E ( H )
E
H
t
1 2
E2
1 2
mH
2
s
E2
在时变场中总电磁能量密度为
于是得
w
we
wm
1E2 2
1 2
mH
2
(E
H
)
w t
p
单位体积损耗的的焦耳热为
p s E2
取体积分，并应用散度定理得
S
EH
20
例题：课本例6.4
一个漏电的圆盘电容器,其漏电导率为s, 介电常数 为, 导磁率为m0, 圆盘面积足够大以致可以忽略边
缘效应. 当电容器所加电压为U=U0cosωt时, 求电容器中任意点的磁场强度H。
解： 由第一方程
JT
H • dl C
sE
S Jd
JT Jd • dS D E
j
1 2
U0I0
sin
耗能
储能
复数形式的坡印廷定理
对于简谐振荡的电磁场 E E0e jkz H H 0e jkz
说明相位变化的方向是+z方向，电磁波能量传播的方向是
+z方 向， 时间因子包含于E0和H0中.
1 2
EH*
• dS
jw
V
1 2
mH
2 0
E02
dV
V
1 2
(s
E2 )dV
填充空气,电压为U=U0sinωt, 距离d 很小, 面 积S 较大，电容器中的电场均匀分布。
证明：流进封闭面的传导电流等于流出封闭面的位移 电流。
电磁场的远场和近场划分
近场与远场的划分电磁辐射的测量方法通常与测量点位置和辐射源的距离有关,即,所进行的测量是远场测量还是近场测量;由于在远场和近场的情况下,电磁场的性质有所不同,因此,要对远场和近场测量有明确的了解;1、电磁场的远场和近场划分电磁辐射源产生的交变电磁场可分为性质不同的两个部分,其中一部分电磁场能量在辐射源周围空间及辐射源之间周期性地来回流动,不向外发射,称为感应场；另一部分电磁场能量脱离辐射体,以电磁波的形式向外发射,称为辐射场;一般情况下,电磁辐射场根据感应场和辐射场的不同而区分为远区场感应场和近区场辐射场;由于远场和近场的划分相对复杂,要具体根据不同的工作环境和测量目的进行划分,一般而言,以场源为中心,在三个波长范围内的区域,通常称为近区场,也可称为感应场；在以场源为中心,半径为三个波长之外的空间范围称为远区场,也可称为辐射场; 近区场通常具有如下特点：近区场内,电场强度与磁场强度的大小没有确定的比例关系;即：E 377H;一般情况下,对于电压高电流小的场源如发射天线、馈线等,电场要比磁场强得多,对于电压低电流大的场源如某些感应加热设备的模具,磁场要比电场大得多;近区场的电磁场强度比远区场大得多;从这个角度上说,电磁防护的重点应该在近区场;近区场的电磁场强度随距离的变化比较快,在此空间内的不均匀度较大;远区场的主要特点如下：在远区场中,所有的电磁能量基本上均以电磁波形式辐射传播,这种场辐射强度的衰减要比感应场慢得多;在远区场,电场强度与磁场强度有如下关系：在国际单位制中,E=377H,电场与磁场的运行方向互相垂直,并都垂直于电磁波的传播方向;远区场为弱场,其电磁场强度均较小近区场与远区场划分的意义：通常,对于一个固定的可以产生一定强度的电磁辐射源来说,近区场辐射的电磁场强度较大,所以,应该格外注意对电磁辐射近区场的防护;对电磁辐射近区场的防护,首先是对作业人员及处在近区场环境内的人员的防护,其次是对位于近区场内的各种电子、电气设备的防护;而对于远区场,由于电磁场强较小,通常对人的危害较小;对我们最经常接触的从短波段30MHz到微波段的3000MHz的频段范围,其波长范围从10米到1米;2、远区场的测量在远区场辐射场区,可引入功率密度矢量波印廷矢量,电场矢量、磁场矢量、波印廷矢量三者方向互相垂直,波印廷矢量的方向为电磁波传播方向;在数值上,E=377H,S=EH=E2/377;其中电场强度E的单位是V/m,磁场强度H的单位是A/m,功率密度的单位是W/m2,全部是国际单位制SI;由公式可看出,在远场区,电场与磁场不是独立的,可以只测电场强度,磁场强度及功率密度中的一个项目,其他两个项目均可由此换算出来;一般情况,关于远场和近场的测量问题可以简化为：国标规定,当电磁辐射体的工作频率低于300MHz时,应对工作场所的电场强度和磁场强度分别测量;当电磁辐射体的工作频率大于300MHz时,可以只测电场强度;300MHz频率相应的波长为1米,λ/6为16cm,16cm之外辐射场占优势;如按3λ的划分界限,距辐射源3米之外可认为是远场区;一般电磁环境是指在较大范围内由各种电磁辐射源,通过各种传播途径造成的电磁辐射背景值,因而属于远区场,辐射的频谱非常宽,电磁场强度均较小;1GHz以下远区辐射场的测量,可用远区场强仪,也可用干扰场强仪;3、近区场的测量在近场区感应场区,电场强度E与磁场强度H的大小没有确定的比例关系,即：E 377H,需要分别测量电场强度E与磁场强度H的大小;对于电压高而电流小的场源,在感应场区内主要是电场,主要测量电场,对于电压低而电流大的场源如感应线圈,在感应场区内主要是磁场,主要测量磁场;例如,对于没有接上电器的墙上电源插座,电流基本为零,电压不为零,插座在其附近产生一定强度的工频电场,但产生的工频磁场基本为零; 国家标准限值中30MHz以下以场强为准,因为该频段的波长大于10米,测量点处的感应场常常不能忽略,电场强度E与磁场强度H的比例关系不确定;由前面的场强与距离的关系可知,近场区场强很大根据不同的设备,电场强度可能从几十到几百V/m,磁场强度可达到数A/m,但场强随距离的增大衰减得很快,即场强变化梯度很大,是一种非常复杂的非均匀场;因此,近区场强仪的量程应当足够大,而测量探头应当足够小,测量结果才能代表测试点的场强;近场区监测主要属于工作场所监测;由于近区场强很大,较远处的其它电磁辐射源的贡献可忽略不计,因此,近区场强测量不采用选频式仪器;可用综合场强仪测量近区场强,如意大利PMM公司的8053型仪器,具有较好的测量精度和强大的数据处理功能;目前的综合场强仪与早期的近区场强仪的不同：前者为各向同性,测量时不必调整探头方向;前者较后者频率范围更宽;附：场区的具体划分场强与距离的关系以r表示测量点到辐射源的距离,则在该点的感应场强度与r2至r3成反比,辐射场强度与r成反比因此,辐射场强度与距离r的乘积与r无关,称为场强距离乘积;在靠近辐射源的地方,随着距离r的减小,感应场强度急剧增加;近场与远场的划分当测量距离r＝λ/2π≈λ/6时,感应场强度与辐射场强度相当;在距离辐射源比较近r<λ/6的地方,感应场强度大于辐射场强度,称为近场区或感应场区,较远的地方r>λ/6则相反,辐射场占优势,称为远场区或辐射场区;近场区和远场区的提法被广为使用,但在不同的应用领域,其划分界限不统一;也称为近区场和远区场;一般当r大于3λ时,可忽略感应场的成份,认为处于远场区;当辐射源尺度与波长可比拟时,还可将辐射场区分为辐射近场区和辐射远场区;辐射远场区的定义是,"辐射场强度角分布基本上与距天线的距离无关的场区",在辐射远场区,将天线上各点到测量点的连线当作是平行的,所引入的误差小于一定的限度;如天线尺寸为D,则远场区距离应大于2D2/λ;当辐射源尺寸D的数量级小于波长λ时2D2/λ<λ/6,D<λ/,辐射近场区范围小于感应场区,辐射场区全部是辐射远场区;如果测量天线为微波段的面天线,而且尺寸较大,所测辐射源与测量天线的距离大于2D2/λ认为是辐射远场区;由以上公式可见,近场与远场的划分界限与辐射源频率波长有关;4、电磁辐射频率范围⑴全范围广义上包括Ｘ射线、γ射线、宇宙射线等电离电磁辐射,狭义上包括0～3×1012Hz,从静电场、静磁场到亚毫米波,该频率范围的电磁辐射不能造成原子与分子的电离,不管其强度有多大;⑵目前我国管理范围目前认为影响较大、受关注、研究较多并已经制定相应标准限值的频段有：工频50Hz,射频100kHz-300GHz;波段名称频段名称频率范围波长工频50/60 Hz超长波甚低频VLF 3～30KHz 100～10Km长波低频LF 30～300KHz 10～1Km中波中频MF ～3MHz 1～0.1Km短波高频HF 3～30MHz 100～10m超短波米波甚高频VHF 30～300MHz 10～1m分米波微波超高频UHF ～3GHz 1～0.1m厘米波特高频SHF 3～30GHz 10～1cm毫米波极高频EHF 30～300GHz 10～1mm⑷常见电磁辐射源的频率范围电磁辐射污染源监测要求所用仪器的测量频率范围与污染源的工作频率相适应,因此有必要了解常见电磁辐射源的频率;GSM移动通信基站：900/1800MHz中波广播：535-1605KHz短波广播：4-19 MHz内的部分频段调频声音广播：88-108MHz电视：50-92,168-223,471-566,607-958 MHz五个频段家用微波炉：2450 MHz,工业微波炉：915,2450 MHz高压电力设备：工频50Hz,电磁噪声干扰中短波测量范围MHz高频感应加热设备如熔炼炉、淬火炉等：工作频率几百kHz高频介质加热设备：工作频率几MHz至几十MHz;如塑料热合机,;超短波电疗机：MHz国际电信联盟ITU分配给工科医ISM设备的自由辐射频率为, MHz, MHz,等;在这些频率范围内的电磁辐射强度不受限制;5、电磁能的发射与传播途径⑴电磁发射是指"从源向外发出电磁能的现象";电磁发射分为辐射发射和传导发射;⑵辐射发射是"通过空间传播的、有用的或不希望有的电磁能量"; 而辐射发射经常称之为电磁辐射,其定义为："a.能量以电磁波形式由源发射到空间的现象;b.能量以电磁波形式在空间传播;注：电磁辐射一词的含义有时也可引申,将电磁感应即感应场也包括在内;"我们在日常工作中使用的是其引申含义;⑶传导发射是指"沿电源线或信号线传输的电磁发射;"⑷电磁环境电磁环境的定义是"存在于给定场所的所有电磁现象的总和;"电磁环境包括辐射发射与传导发射;但从环境工程来看,电磁环境的主要影响因素是电磁辐射;实际上电磁辐射骚扰源常常也伴随着传导发射;实际传播途径可以是辐射与传导的组合注意前面是发射途径,比如电磁波到达建筑物时,既可以穿过墙壁或通过门窗进入室内,也可以通过电线、钢筋传导进入室内,如在永安761台监测中,发现室内电线附近的电场强度明显高于室内的平均电场强度;测某基站时发现横梁下电场强度高于该点旁边1米位置的电场强度;。
华中科技大学-物理光学-第一章
他的灿烂一生属于爱丁堡，属于剑桥大学，更属于全世界”。
2021/7/11
1-2 平面电磁波
波动方程
2E
1 v2
2E t 2
0..........(1 8)
2B
1 v2
2B t 2
0..........(1 9)
1-2
• 平面波方向余弦为cosα，cosβ的情况
在z＝z0平面的复振幅：
E~( x )
A ex p (i
2
z0 cos )
exp[i 2 (x cos y cos )] y
x
y
kz x
x cos y cos const
x
dx y dy
dx / cos,dy / cos
u 1 cos ,v 1 cos
Ex
Acos
z c
t , Ey
0, Ez
0
试写出相联系的磁场表达式。
2021/7/11
1-5 光波的辐射
➢光源：热光源、气体放电光源、激光器
➢原子发光—电中心振荡 电偶极子辐射模型
+q Bk
p ql p0 exp(it)
l
距离谐振偶极子很远的地方考察
E
辐射球面波，幅度随角变化 -q
E在p和r的平面内，E、B和k
式中： A、 A'— —电场、磁场的振幅，
— —简谐波的波长， [2 (z vt)] — —波的相位.
[ 2 (z vt)] const — —等相面或波面，
其中最前面的波面称为波前.
2021/7/11
1－2
电磁焊接原理
电磁焊接原理
电磁焊接是一种利用电磁感应原理进行焊接的方法，它利用电
磁感应产生的热量来熔化金属，实现焊接的目的。
电磁焊接原理是
基于法拉第电磁感应定律和焦耳热效应的基础上，通过电磁场的作
用来产生热量，从而实现焊接。
在电磁焊接中，首先需要通过电源产生一定频率和电流的交变
电磁场。
这个交变电磁场会通过感应作用在焊接件上产生感应电流，从而产生焦耳热效应。
焦耳热效应是指在导体中通过感应电流产生
的热量，这种热量可以使金属迅速升温，并最终熔化。
通过控制电
磁场的频率和电流大小，可以调节感应电流的大小和分布，从而实
现对焊接区域的精确加热。
除了焦耳热效应外，电磁焊接还可以利用洛伦兹力来实现焊接。
在电磁场的作用下，感应电流会在焊接件中产生磁场，而磁场会与
电磁场相互作用产生洛伦兹力。
这种洛伦兹力可以对焊接件施加一
定的压力，从而实现对焊接区域的挤压和形变，有利于焊接接头的
形成和牢固性。
电磁焊接原理的核心是利用电磁场对金属的加热和形变，通过
控制电磁场的参数来实现对焊接过程的精确控制。
与传统的焊接方法相比，电磁焊接具有加热速度快、热影响区小、焊接接头质量高等优点，特别适用于对焊接质量要求较高的场合。
总的来说，电磁焊接原理是一种基于电磁感应和热效应的焊接方法，通过控制电磁场对金属进行加热和形变，实现对焊接过程的精确控制。
它在工业生产中具有重要的应用价值，为提高焊接质量和效率提供了一种新的解决方案。
电磁加热原理
电磁加热原理电磁加热是一种利用电磁场产生的能量来加热物体的加热方式。
它在工业生产和日常生活中有着广泛的应用，如感应加热、微波加热等。
电磁加热原理是基于物质对电磁场的响应而产生的热效应。
本文将从电磁加热的基本原理、应用领域和优势等方面进行介绍。
电磁加热的基本原理是利用交变电磁场对导电物质产生涡流，使其内部产生能量损耗而产生热量。
当导体置于交变电磁场中时，导体内部将产生涡流，涡流会使导体内部产生能量损耗，从而产生热量。
这种加热方式具有快速、均匀、节能的特点，因此在工业生产中得到了广泛的应用。
电磁加热的应用领域非常广泛，主要包括金属加热、玻璃加热、陶瓷加热、食品加热等。
在金属加热方面，电磁加热可以用于熔化金属、锻造成型、热处理等工艺；在玻璃加热方面，电磁加热可以用于玻璃成型、玻璃熔化等工艺；在食品加热方面，微波加热可以用于快速加热食品，保持食品的营养成分。
由于电磁加热具有快速、高效、节能的特点，因此在工业生产中有着广泛的应用前景。
电磁加热相比传统的加热方式具有许多优势。
首先，电磁加热可以实现快速加热，提高生产效率；其次，电磁加热可以实现局部加热，减少能量损耗；最后，电磁加热可以实现自动化控制，提高生产质量。
因此，电磁加热在工业生产中具有广泛的应用前景。
综上所述，电磁加热是一种利用电磁场产生的能量来加热物体的加热方式，其基本原理是利用交变电磁场对导电物质产生涡流，使其内部产生能量损耗而产生热量。
电磁加热具有快速、均匀、节能的特点，在金属加热、玻璃加热、陶瓷加热、食品加热等领域有着广泛的应用。
同时，电磁加热相比传统的加热方式具有快速加热、局部加热、自动化控制等优势，具有广泛的应用前景。
希望本文能够帮助读者更好地了解电磁加热原理及其应用，促进其在工业生产中的应用。
交变电磁场
B i EV dl dS S t L
R
EV r B 2 t
r O
＋
r
r R i L EV dl EV L dl EV 2πr
B 2 i EV dl EV 2πr πR L t
EV R B 2 t
交变电磁场
11
三、涡电流
由于变化磁场激起感生电场，则在导体内产生感应电流。 这些感应电流的流线呈闭合的涡旋状，故称涡电流(涡流)
交变电流
交变电流
整块 铁芯
彼此绝缘 的薄片
• 高频感应加热原理
• 减小电流截面，减少涡流损耗
交变电磁场 12
炼制特殊钢
涡电流的机械效应
交变电磁场
13
2
v
方法二 ：法拉第电磁感应定律 在 dt 时间内导体棒切割磁场线
dΦ 2 R 2 r 2 drB
R
b
r
dl
a
i
dΦ dr 2B R2 r 2 2 Bv R 2 r 2 dt dt
交变电磁场 1
例: 非均匀磁场 ab处磁场均匀
b
I
r a
0 I l v Bl v 2 r 方向：a b
i (v B) dl
a
b
1 2
I
1
2
1 2
（顺时针）
在r处取一位移元dr
I o
d
a
d v B dr v Bdr v
b
r
0 I dr 2 r d l 0 I v dr v 0 I ln d l d 2 r 2 d 方向： b a
《交变电磁场》课件
在电场的作用下，物质的分子或原子会发生极化现象，即正 负电荷中心分离，形成电偶极子。
磁场对物质的作用
磁场对物质的磁化作用
在磁场的作用下，物质的分子或原子会发生磁化现象，即产生磁偶极矩，形成磁畴结构 。
磁场对物质的洛伦兹力作用
在磁场和运动电荷的共同作用下，电荷会受到洛伦兹力的作用，导致电荷的运动轨迹发 生偏转。
THANKS
新型材料在交变电磁场领域的应用将进 一步拓展，为电磁场理论和技术的发展 提供新的思路和方向。
VS
详细描述
随着科技的不断发展，新型材料如碳纳米 管、石墨烯等在交变电磁场领域的应用逐 渐受到关注。这些新型材料具有优异的电 学、热学和力学性能，为交变电磁场的发 展提供了新的可能性。
高频、高强度交变电磁场的研究
《交变电磁场》PPT课件
contents
目录
• 交变电磁场概述 • 电磁场基本理论 • 交变电磁场的产生与变化 • 交变电磁场对物质的作用 • 交变电磁场的应用实例 • 交变电磁场的发展趋势与展望
01
交变电磁场概述
定义与特性
总结词
交变电磁场的定义和特性
详细描述
交变电磁场是指电磁场的强度、方向和相位随时间变化的电磁场。它具有周期 性、振荡性和方向性的特点，是电磁波传播的媒介。
交变电磁场对物质的综合作用
交变电磁场对物质的电动力学效应
在交变电磁场的作用下，物质中的电荷和电流会受到电动力学的效应，如电磁感应、电磁波的传播等 。
交变电磁场对物质的热效应
在交变电磁场的作用下，物质会产生热效应，即电磁能转化为热能，引起物质温度的升高。
05
交变电磁场的应用实例
交流电机的原理与应用
高考物理复习要点第十五单元nbsp交变电流nbsp电磁场和电磁波
第十五单元 交变电流 电磁场和电磁波教学目标1．掌握交流电变化规律。
2．理解交流电的有效值。
3．掌握变压器工作原理及规律。
4．知道变压器的输入功率随输出功率增大而增大，知道变压器原线圈中的电流随副线圈电流增大而增大。
5．知道电磁场电磁波电磁波的波速。
6．培养综合应用电磁感应知识解决复杂问题的能力。
教学重点、难点分析1．交流电的产生和变化规律。
2．交流电有效值的计算。
教学过程设计一、正弦交变电流 法拉第电磁感应定律的内容：电路中感应电动势大小跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比，ΔtΔN E ϕ=。
启发引导：一个矩形闭合线框在磁场中绕垂直于磁场方向的轴转动，情况将如何？线框边长a b=dc=L 1，a d=bc=L 2OO′为过a d 、bc 中点的轴。
从图示位置开始计时，经过时间t ，线圈转过角度θ=ωt ，此时a b 和dc 边产生感应电动势，θωsin 2211ab L BL v BL E ==⊥，θωsin 2211dc L BL v BL E ==⊥。
线圈产生总电动势e= E ab + E dc =BL 1L 2ωsinωt ，记作e=E m sinωt设线圈总电阻为R ，线圈中感应电流t RE i m ωsin =，记作i=I m sinωt e 和i 随t 按正弦规律变化。
1．正弦交变电流的产生闭合矩形线圈在磁场中绕垂直于场强方向的轴转动产生的电流随时间作周期性变化，称交流电。
当闭合线圈由中性面位置（右图中O 1O 2位置）开始在匀强磁场中匀速转动时，线圈中产生的感应电动势随时间而变的函数是正弦函数：e =E m sin ωt ，其中E m =nBSω，这就是正弦交变电流。
2．交流电的变化规律（1）函数表达式：e=E m sinωt 、i=I m sinωt 、u=U m sinωt（2）图像：以e （i 、u ）为因变量，t 或ωt 为自变量作图。
3．描述交流电的周期性变化规律的物理量（1）周期（T ）：完成一次周期性变化所需要的时间。
一法拉电磁感应定律
i
lBdl
o
+ B+ + + + + +
+++++++
L
0 lBdl
i 方向 O
P
i
1 2
B L2
（点
P
的电势高于点
O
的电势）
三.感生电动势和感生电场 S
1.感生电动势
N
由于磁场发生变化而
激发的电动势。
G
非静电力 动生电动势
洛仑兹力
电磁
? 感应 感生电动势 非静电力
2.麦克斯韦假设： 变化的磁场在其周围空间会激发一种涡旋状
aK
过程1.开关K选择a 灯由暗逐渐变亮
b
过程2.开关K选择b 灯由亮逐渐变暗
过程1：电源做功一部分转化为磁能存储， 一部分转化为焦耳热
过程2：存储磁能转化为焦耳热
在静电场中：
能量密度
we
1 2
E 2
dWe wedV
电场能量 We dWe wedV
在稳恒磁场中：
V
磁场能量密度：单位体积中储存的磁场能量 wm
的电场，称为涡旋电场或感生电场。记作E涡 或E感
感生电场与静电场对比
感生电场力提供非静电力
感生电动势
由电动势的定义
i Ek dl
rr EK E感
＋r r
i E感 dl －
i
d பைடு நூலகம்t
+++++++ +++++++
+ + + E+感 + + + + B+ + + + + +
第六章交变电磁场
u r 其中 I是传导电流,J是传导电流密度
对
uu v v ∫ H • dl = I
而言， 在包含电容器的交流电路中,
C1 C S2 S1
I =
∫
u v v J •ds
沿s1面计算 沿s2面计算I 自相矛盾!
⎧i =⎨ ⎩0
u(t)
i(t)
说明:简单的安培环路定律应用于交变电磁场时是不完善的.
此外，对于任意矢量A，其旋度的散度恒为零，即 ∇ ⋅ (∇ × A) = 0
二、麦克斯韦方程的复数表示 场的偏微分：
v v v ∂E ∂ ⎡∂ v & jω t ⎤ & & e jω t ⎤ jω t ⎤ ⎡ ⎡ = Re E m e = Re ⎢ ( Em e ) ⎥ = Re jω E m ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ∂t ∂t t ∂ ⎣ ⎦
r S
r B
r 右手法则! C
r r d r r E • dl = − ∫ B • dS ∫ dt S C
扩展成“抽象回路”之后， 上式就是麦克斯韦第二方程的积分形式。 – 若闭合曲线为C，对应的开放曲面为S， – 则C中的电动势就是通过S的磁通的减少率。
广义的回路构成条件（麦克斯韦）： 电磁感应定律的正确性与回路的材料性质无关。 回路可以是导体，也可以是介质，也可以是一个抽象的回路
麦克斯韦简介
•19世纪伟大的英国物理学家、数学家。 •1831年11月13日生于苏格兰的爱丁堡， •1847年进入爱丁堡大学学习数学和物理。1850年 转入剑桥大学学习，1854年以第二名的成绩获史 密斯奖学金，毕业留校任职两年。 •1856年在苏格兰阿伯丁的马里沙耳任自然哲学教授。 •1860年到伦敦国王学院任自然哲学和天文学教授。 •1861年选为伦敦皇家学会会员。 •1865年春辞去教职回到家乡系统地总结他的关于电磁学的研 究成果，完成了电磁场理论的经典巨著《论电和磁》，并于 1873年出版， •1871年受聘为剑桥大学新设立的卡文迪什试验物理学教授， 负责筹建著名的卡文迪什实验室， •1874年建成后担任这个实验室的第一任主任，直到1879年11 月5日在剑桥逝世。
电磁场与环境污染问题,如何防止电磁污染？
电磁场与环境污染问题,如何防止电磁污染?关键词：电磁场；污染源；危害；防治。
摘要：近年来，随着社会经济的飞速发展，环境保护也迅速展开，人类越来越重视自己的生存环境，人类的生存需要合适的物理环境。
但是，随着社会电子科学技术的发展，各种各样的电磁充斥着人类的生存空间，如微波炉、电脑、手机等产品的广泛应用，在给人类生活带来便利的同时也对环境造成严重的污染，影响人类的健康，这些已经引起人们的警惕。
本文运用所学知识，简单阐述一下电磁场与环境污染问题，以及如何防止电磁污染，以增强人们防范意识、远离污染、减小危害。
一、电磁场：1、电磁场定义：有内在联系、相互依存的电场和磁场的统一体的总称。
随时间变化的电场产生磁场，随时间变化的磁场产生电场，两者互为因果，形成电磁场。
电磁场可由变速运动的带电粒子引起，也可由强弱变化的电流引起，不论原因如何，电磁场总是以光速向四周传播，形成电磁波。
电磁场是电磁作用的媒递物，具有能量和动量，是物质存在的一种形式。
电磁场的性质、特征及其运动变化规律由麦克斯韦方程组确定。
2、电磁场分类：（1）似稳电磁场：时变场中不同于静态场的上述一些现象，其显著程度都与频率的高低及设备的尺寸紧密相关。
按照实际需要，在容许的近似范围内，对时变场的部分过程可以当作恒定场处理，称之为似稳电磁场或准静态场。
这种方法使分析工作大为简化，在电工技术中是行之有效的方法，已为人们所广泛采用。
（2）交变电磁场与瞬变电磁场：时变电磁场还可以进一步分为周期变化的交变电磁场及非周期性变化的瞬变电磁场。
对它们的研究在目的上和方法上有一些各自的特点。
交变电磁场在单一频率的正弦式变化下，可采用复数表示以化简计算，在电力技术及连续波分析中应用甚多。
瞬变电磁场又称脉冲电磁场，覆盖的频率很宽，介质或传输系统呈现出色散特性，往往需要采取频域、或时序展开等方法进行分析。
二、电磁场与环境污染：1 电磁辐射和电磁污染不断变化的电场和磁场会形成一个向空间传播的电磁波。
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E t
0 t
随时间指数减小 .衰减到 0的1/e的时间为弛豫时间 .
等于 .铜的弛豫时间为 1.510-19 s, 故导体内部电荷 极快衰减, 可看作零
0e t C / m3
电磁场与电磁波
交变电场小结：
电磁场与电磁波
第6章 交变电磁场
H J
B 0
?
静态场条件下的磁场仅由恒定电流产生，在 交变场的情况下是否成立？
B E t
D
E ( B) 0 t
B 0
和静态条件下的磁场一样，交变磁场的散度 仍然为零，是个无散场，因此静态电磁场中 磁场的散度方程在交变电磁场的情况下得以 保留，即麦克斯韦第四方程。
无孤立磁极和磁荷
B 0
B dS 0
S
麦克斯韦第四方程
电磁场与电磁波
第6章 交变电磁场
已知磁场Hx=0, Hy=H0sink’y· sin(wt-kz), 式中k’、k为 常数.求磁场的Hz分量 解:
Bx By Bz By Bz B 0 0 x y z y z
微分形式的麦克斯韦第二方程
斯托克斯定律
磁通变 化由变 化的磁 场或回 路运动 引起
B E dl ( E ) dS dS t C S
B E t
电磁场与电磁波
第6章 交变电磁场
B E t
E dl B dS t S C
麦克斯韦第二方程
E 0
C
E dl 0
静态条件下的第二方程
和静态条件下的电场不同，交变场中电场可以由交变磁场产 生。而且因为交变磁场产生的电场的环流不再为零，所以交 变磁场应该是交变电场的旋度源。
× P
I
r
q
磁场：
随时间变化的电荷和电流产生的电场和磁场有何关系?静态场中 电场和磁场相互独立的特点在交变电磁场中还是否得以保持？静 态电磁场的基本方程与交变场的方程有何联系?
电磁场与电磁波
第6章 交变电磁场
1864年在<<电磁场的动力学理论>>中提出 电磁场的基本方程组(麦克斯韦方程组),并预言 电磁波的存在,电磁波与光波的同一性
பைடு நூலகம்
电磁场与电磁波
第6章 交变电磁场
交变磁场只是交变电场的旋度源，它的引入并不影响交变的 静电荷作为散度源产生交变的电场。因此静态电磁场中电场 的散度方程在交变电磁场中可以保留，即如下所示的麦克斯 韦第三方程。
D dS q
s
D
麦克斯韦第三方程
例：真空无源区域中，已知 Ex axy2 z 3 sin(t ) Ey by3 z 3 cos(t ) 求：电位移矢量的z分量。 解题思路：麦克斯韦第三方程 D E 0
电磁场与电磁波
第6章 交变电磁场
例： 已知无源空间的电场强度如下，求相应的磁场强度。
E ey a sin x cos(t kz)
（解题思路：麦克斯韦第二方程）
E y E y E ex ez z x ak a H e x sin x cos(t kz) ez cos x sin(t kz)
磁场 磁场 电场 磁场 电场 电场 磁场 电场 磁场
1831-1879 波源 既适用于交变电磁场,也适用于静态场,总结了宏观电磁现象
爱因斯坦在<<物理学演变>>中指出该方程是物理学重要事件
赫兹用电偶极子实验证明电磁波的存在
电磁场与电磁波
E 0 D
第6章 交变电磁场
?
静态场条件下的电场仅由静止电荷（散度源） 产生，在交变电磁场的情况下是否成立？
英国 物理学家 法拉第 1831年 电磁感应现象、电磁感应定律 当闭合线圈中的磁通量发生变化时，线圈中就会产生 感应电动势，其大小取决于磁通量随时间的变化率。
S
B
(电动势 )
d dt
(电动势 ) E dl l B dS
1 2 4 E z y z [a sin(t ) 3b cos( t )] 4
电磁场与电磁波
第6章 交变电磁场
例：建立在导电媒质 (、、 ) 中的电荷密度 的方程，并求 弛豫时间
（弛豫时间：电荷减少为原来1/e所需的时间） 。
利用电流连续性方程
并且
麦克斯韦第三方程
J t J E D E
电磁场与电磁波
静电荷产生电场, 恒定电流(等速运动的 电荷)产生磁场,产生的电场和磁场相互 独立,没有联系
第6章 交变电磁场
0 0
E
R
电场：
q E e e 2 r D 2 r 4 0 r 4r q
0 I B e 2R I H e 2R
第6章 交变电磁场
交变电场由交变电荷和交变磁场共同产生， 其中交变电荷作为电场的散度源，所产生的电场的旋度为零； 交变磁场作为电场的旋度源，所产生的电场的散度为零。
判断： 交变磁场产生的电场是个保守场。 （NO） 非保守场 虽然静态条件下的电场是个无旋有散场，但交变的电荷 产生无散场。 （NO）有散
S
C 右手法则!
d B l E dl dt (SB dS ) S t dS
电磁场与电磁波
电磁感应定律与麦克斯韦第二方程
第6章 交变电磁场
E dl B dS t S C
电场强度沿任一闭合路径的线积分等于该路径所交链的 磁通量时间变化率的负值. “线圈回路”实际上可是“抽象”的，即可以是介质或真 空中的闭合路径，不一定是导体回路。由此，该定律就可 以脱离具体的物理结构上升为时变电磁场的普遍规律