电磁场与电磁波论文

合集下载

电磁场与电磁波论文

电磁场与电磁波论文

电磁场与电磁波在实际中的应用对电磁场现象的研究是从十六世纪下半叶英国伊莉莎白女王的试医官吉尔伯特开始,然而他的研究方法很原始,基本上是定性地对现象的总结。

对电磁场的近代研究是从十八世纪的卡文迪许、库伦开始,他们开创了用测量仪器对电磁场现象做定量的规律,引起了电磁场从定性到定量的飞跃。

电磁场理论的发展经历了很长时间,从发现到证实,从现象到理论,这一过程需要几代物理学家的努力付出。

电磁场理论在现代科技中有着广泛的应用。

现代电子技术如通讯、广播、导航、雷达、遥感、测控、嗲面子对抗、电子仪器和测量系统,都离不开电磁场的发射,控制、传播和接收;从假期,工业自动化到地质勘测,从电力、交通等工业、农业到医疗卫生等国民经济领域,几乎全都涉及到电磁场理论的应用。

不仅如此,电磁学一直是,将来仍是新兴科学的孕育点。

从科学的角度来说,电磁波是能量的一种,凡是能够释出能量的物体,都会释出电磁波。

正像人们一直生活在空气中而眼睛却看不见空气一样,人们也看不见无处不在的电磁波。

电磁波谱是无线电波,微波,红外线,可见光,紫外线,伦琴射线(X射线),伽玛射线.应用:(1)无线电波用于通信等(2)微波用于微波炉(3)红外线用于遥控、热成像仪、红外制导导弹等(4)可见光是所有生物用来观察事物的基础(5)紫外线用于医用消毒,验证假钞,测量距离,工程上的探伤等(6)X射线用于CT照相(7)伽玛射线用于治疗,使原子发生跃迁从而产生新的射线等.(8)无线电波。

无线电广播与电视都是利用电磁波来进行的。

恒定电场在电磁场课程中所占比例较小,但其应用却很广泛。

直流电路的应用实质上就是恒定电流场的应用,只是把场限制在特定的线路中。

现代大型铝电解槽,其工作电流达100kA。

由于巨大电流所带来的电磁力作用于铝液问题,已成为国内外研究的重要课题。

使电流场的应用理论又进一步丰富。

实际电工设备如电缆头、高压套管、绝缘子、电机和变压器等的似稳电场与一些非电工程中的物理量的模拟都运用了恒定电场的理论。

哈工大 电磁场与电磁波 大作业 小论文

哈工大 电磁场与电磁波 大作业 小论文

关于孕妇防辐射服作用的探究班级:学号:姓名:易近年来,随着人们对于健康关注度的不断提高,孕妇防辐射服的市场蓬勃发展,款式价格层次不齐的孕妇防辐射服玲琅满目,已然成为了准妈妈们的标配之一。

然而对于孕妇防辐射服的效果很多人也提出了质疑,引起了人们的关注。

通过查阅各类相关的资料,我将在本文就孕妇防辐射服功效以及是否有必要穿着等方面谈谈自己的认识,并给出自己的一些建议。

首先,我将结合学到的相关知识以及查阅到的相关资料介绍一些关于孕妇防辐射服的背景知识,然后再进行接下来的探究。

辐射相关背景知识辐射辐射指的是能量以波或是次原子粒子移动的型态传送。

辐射之能量从辐射源向外所有方向直线放射。

一般可依其能量的高低及电离物质的能力分类为电离辐射或非电离辐射。

一般普遍将这个名词用在电离辐射。

电离辐射具有足够的能量可以将原子或分子电离化,非电离辐射则否。

辐射活性物质是指可放射出电离辐射之物质。

电离辐射主要有三种:α、β及γ辐射(或称射线)。

电离辐射或非电离辐射皆对生物有害,而且可影响自然环境。

电离辐射拥有足够高能量的辐射可以把原子电离。

一般而言,电离是指电子被电离辐射从电子壳层中击出,使原子带正电。

由于细胞由原子组成,电离作用可以引致癌症。

一个细胞大约由数万亿个原子组成。

电离辐射引致癌症的机率取决于辐射剂量率及接受辐射生物之感应性。

α、β、γ辐射及中子辐射均可以加速至足够高能量电离原子。

通过查阅资料知道,生活中所能接触到的一些电离辐射主要有医院里用的X光、CT,实验用的放射性同位素,居家中用的某些石材或者地面有氡气泄漏等。

显然,我们在日常生活中能够接触到的电离辐射的种类和机会是非常少的。

电磁辐射电磁辐射是非电离辐射的一种。

非电磁辐射主要有中子辐射,电磁辐射和黑体辐射等。

其中,我们日常生活中接触最多的同时也是我们主要担心的就是电磁辐射。

因此重点讨论电磁辐射。

电磁辐射对人体有所危害,主要表现为热效应和非热效应两大方面。

其中热效应是由于人体70%以上是水,水分子受到电磁波辐射后相互摩擦,引起机体升温,从而影响到体内器官的正常工作。

电磁场与电磁波结课论文---无线电在实际中的应用

电磁场与电磁波结课论文---无线电在实际中的应用

电磁场与电磁波结课论文----无线电在实际中的应用一、概述无线电波是电磁波的一种,是指在自由空间(包括空气和真空)传播的射频频段的电磁波(波长大于1mm,频率小于300GHz的电磁波)。

无线电技术是通过无线电波传播声音或其他信号的技术。

无线电技术的原理在于,导体中电流强弱的改变会产生无线电波。

利用这一现象,通过调制可将信息加载于无线电波之上。

当电波通过空间传播到达收信端,电波引起的电磁波变化又会在导体中产生电流。

通过解调将信息从电流变化中提取出来,就达到了信息传递的目的。

利用无线电的手段,将由电厂制造出来的电力转换成为无线电波发送出去,在通过特定的接收装置将无线电波收集起来并转换为电力,供人们使用,这就是无线电力传输。

二、应用无线电的最早应用于航海中,使用摩尔斯电报在船与陆地间传递信息。

现在,无线电有着多种应用形式,包括无线数据网,各种移动通信以及无线电广播等。

而利用共振实现的无线电力传输的这些应用能让我们眼前一亮。

共振是一种非常高效的传输能量方式。

两个振动频率相同的物体之间可以高效传输能量,而对不同振动频率的物体几乎没有影响。

将发送端和接收端的线圈调校成了一个磁共振系统,当发送端产生的振荡磁场频率和接收端的固有频率相同时,接收端就产生共振,从而实现了能量的传输。

根据共振的特性,能量传输都是在这样一个共振系统内部进行,对这个共振系统之外的物体不会产生什么影响。

最妙的就是这一点了。

当发射端通电时,它并不会向外发射电磁波,而只是在周围形成一个非辐射的磁场。

这个磁场用来和接收端联络,激发接收端的共振,从而以很小的消耗为代价来传输能量。

对于在空间实现无线电力传输或供电的形式,总起来看大致有三类:第一类是通过电磁感应“磁耦合”进行短程传输;第二类是将电能第三类是将电能以微波或激光形式远程传输——发射到远端的接收天线,然后通过整流、调制等处理后使用。

以电磁波“射频”或非辐射性谐振“磁耦合”等形式中程传输。

查阅资料可知,2007年3月“Business 2.0”等媒体报道,美国宾夕法尼亚州的Powercast公司开发无线充电技术,可为各种耗电量相对较低的电子产品充电或供电,诸如手机、MP3、随身听、温度传感器、助听器、汽车零部件,甚至体内植入式医疗装置等。

电磁场与电磁波的历史发展与典型应用论文

电磁场与电磁波的历史发展与典型应用论文

电磁场与电磁波理论的发展与应用论文电磁理论如今已经拥有十分完备的体系,并且广泛应用于我们的生活中,大大提高了我们的生活质量。

这并不是某一位科学家的功劳,而是靠着一代代科学家前赴后继,后人站在前人的肩膀上不断探索发现,不断发展的结果。

公元前6,7世纪,人们发现了磁石吸铁,磁石指南以及摩擦生电现象,从此人们对“磁"有了概念,但是也仅仅停留于经验阶段,并没有理论研究。

并且,19世纪以前,人们还是认为,“电"与“磁"是两个不相关的概念。

18实际末期,德国科学家谢林认为,宇宙是由活力的,而不是僵死的。

他认为电就是宇宙的活力,是宇宙的灵魂,磁、光、热是相互联系的。

1777年,法国物理学家库仑发明了能够以非常高的精度测出非常小的力的扭秤,利用扭秤可以算出磁力或者静电力的大小。

1785年,库仑利用自己的扭秤建立了库仑定理,即两个电荷之间的力与两电荷的乘积成正比,与他们之间的距离平方成反比。

库伦定理是电学史上第一个定量规律,他使电学研究从定性阶段进入到了定量阶段,在电学史上是一块重要的里程碑。

1789年,生物学家迦伐尼发现了动物电。

1800年,迦伐尼的好朋友伏打用锌片与铜片夹以盐水浸湿的纸片叠成电堆产生了电流,这个装置后来称为伏打电堆,他还把锌片和铜片放在盛有盐水或稀酸的杯中,放多这样的小杯子中联起来,组成电池。

他指出这种电池"具有取之不尽,用之不完的电”,“不预先充电也能给出电击"。

伏打电堆(电池)的发明,提供了产生恒定电流的电源――化学电源,使人们有可能从各个方面研究电流的各种效应。

从此,电学进入了一个飞速发展的时期――电流和电磁效应的新时期。

直到现在,我们用的干电池就是经过改时后的伏打电池。

干电池中用氯化铵的糊状物代替了盐水,用石墨棒代替了铜板作为电池的正极,而外壳仍然用锌皮作为电池的负极。

人们为了纪念他们的功绩,就把这种电池称为伽伐尼电池或伏打电池,并把电压的单位用"伏特"来命名。

电磁场电磁波论文

电磁场电磁波论文

电磁场与电磁波论文电磁波已经结课将近一个月了。

现在整体总结一下我在课堂上学的知识,以及谈谈我对电磁场的认识。

提到电磁场,麦克斯韦方程组首先涌入我的脑筋。

麦克斯韦方程组可以说是电磁场理论的基础。

本书结构从简到易,首先讲解了一些电磁场的基本规律。

真空中电荷周围电场的规律,以及电流周围磁场的基本规律。

接着是静态电场的边界条件,即在两种介质的分界面上,电场强度的切向分量是连续的;当两种媒质的分界面上存在自由面电荷,电位移矢量的法向分量是不连续的。

在不同磁介质的分界面上一般都存在磁化面电流,在分界面磁感应强度的法向分量是连续的,当分界面上不存在自由面电流时,磁场期间昂度的切向分量是连续的。

之后教材带我们正式带进电磁场的世界,为我们讲述了电磁波在无界空间中的传播,以及均匀平面波的反射与投射等相关问题。

以下谈谈我对电磁场、电磁波的认识:电磁场由相互依存的电磁和磁场的总和构成的一种物理场。

电场随时间变化时产生磁场,磁场随时间变化时又产生电场,两者互为因果。

在电磁现象的某些量子特征可以被忽略的范围内,由电场强度E、电通密度D、磁场强度H和磁感应强度B四个相互有关的矢量确定的,与电流密度和体电荷密度一起表征介质或真空中的电和磁状态的场。

在电磁学里,电磁场是一种由带电物体产生的一种物理场。

处于电磁场的带电物体会感受到电磁场的作用力。

电磁场与带电物体(电荷或电流)之间的相互作用可以用麦克斯韦方程和洛伦兹力定律来描述电磁场是有内在联系、相互依存的电场和磁场的统一体和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。

时变电磁场与静态的电场和磁场有显著的差别,出现一些由于时变而产生的效应。

课题研究论文:基于应用背景的“电磁场与电磁波”教学研究

课题研究论文:基于应用背景的“电磁场与电磁波”教学研究

112112 学科教育论文基于应用背景的“电磁场与电磁波”教学研究在十二届全国人大四次会议的记者会上,教育部部长袁贵仁在围绕“教育改革和发展”的谈话中指出,中国高等教育供给侧结构性改革的主要矛盾是培养理论性、学术性人才的学校多,而培养技术、技能型人才的学校少。

他在提出的高校创新创业教育的六件事中明确提到了提升教师创新创业教育教学能力。

从工科“电磁场与电磁波”课程的特点看,由于其数学要求高、理论性强,一直是一门公认的难教难学难考的课程。

考虑到该课程作为专业基础课有着很强的应用背景,有着充足及广泛的素材和实例,引入教学的可行性极强,从而能为培养高素质和高质量的应用型人才搭建一个可靠的平台。

目前各高校对该课程的教学改革进行得如火如荼,包括教学方法、教学内容、考试方式等方面,但无论什么办法,核心的一点就是如何提高学生的学习兴趣和积极性。

笔者认为最重要的是通过认识和专业课的联系及广泛的工程和实际应用例子,使学生真正体会该课程的重要性而自觉投入到学习中。

此课程改革也和中国高等教育和本校的转型完全一致。

要把各种应用例子充实到“电磁场与电磁波”教学的各个环节,不断地强化学生对此的认识。

本文就这一思路和实施重点加以阐述。

一、绪论的精心准备每门课的第一堂课尤为重要,学生听课的效率很高。

十分有必要精心准备好补充的绪论部分,把本课程的地位作用、特点、应用等加以讲述。

要根据不同专业预先了解已上了那些课程,后续有那些专业课,有针对性地设计例子来体现本课程的作用和地位。

如从日常生活中的遥控器到微波炉,从实验中的示波器到电子显微镜,从工程中的发电机到磁悬浮,从医学上的X透射到核磁共振,从通讯领域的手机、局域网到导航系统,从军事上的雷达到隐身飞机等等[1]。

这些例子无不都深刻地反映了电磁场和电磁波在不同领域极其广泛的应用,从而来吸引学生对本课程的学习兴趣和积极性,起到一个良好的开端作用。

二、课堂教学环节的深度融入课堂教学是最核心的环节,除了要使学生掌握“电磁场与电磁波”基本概念和基础知识外,更重要的就要在整个授课过程中贯穿各种应用实例,真正让学生认识到学习本课程的广泛的应用价值。

电磁场与电磁波揭示电磁场与电磁波的本质与关系

电磁场与电磁波揭示电磁场与电磁波的本质与关系

电磁场与电磁波揭示电磁场与电磁波的本质与关系电磁场和电磁波是描述电磁现象的两个重要概念。

电磁场是由电荷所构成的空间区域周围存在的物理场,它的存在和变化可以对其他电荷产生力的作用。

而电磁波则是电磁场在空间中的传播,具有波动性质,可以传递能量和信息。

本文将探讨电磁场与电磁波的本质以及它们之间的密切关系。

一、电磁场的本质电磁场是由电荷所激发产生的一种物理场。

根据库伦定律,电荷间的相互作用是通过电磁场传递的,这种传递是瞬时的,即时的。

电磁场存在于电荷周围的空间中,不仅与电荷的性质相关,也与电荷的运动状态有关。

电磁场的本质是一种信息媒介,它可以将电荷的信息传递给其他电荷,从而实现信息的传递和相互作用。

电磁场的强弱和方向是通过电场和磁场来描述的。

电场是由电荷产生的一种力场,它的本质是描述电荷对其他电荷产生力的作用。

磁场是由电流或者称为移动电荷的磁矩产生的一种力场,它的本质是描述电流对其他电荷产生力的作用。

电场和磁场相互垂直,并且彼此相互依赖、相互影响,共同构成了电磁场。

二、电磁波的本质电磁波是电磁场在空间中的传播。

当电荷发生变化时,电磁场会随之变化,产生扰动。

这种扰动以波的形式传播出去,形成电磁波。

电磁波是一种横波,具有电场和磁场相互垂直的振动分量。

电磁波的传播速度是光速,也是任何物质能传播的最大速度。

电磁波具有电磁场的性质,它们都是由电荷产生和激发的,并且都遵循麦克斯韦方程组来描述。

电磁波有三个基本特征:振幅、波长和频率。

振幅表示电场和磁场的最大值,波长表示波的周期性特征,频率表示波的振动次数。

这些特征决定了电磁波在空间中的传播性质,如波速、传播方向等。

三、电磁场与电磁波的关系电磁场和电磁波之间存在着密切的关系。

首先,电磁波是电磁场的传播形式,它是电磁场的集体运动状态,承载着电磁场的能量和信息。

电磁波的产生需要电场和磁场相互作用,并满足一定条件才能形成稳定的电磁波。

其次,电磁波可以通过电磁场的相互作用和传递来影响其他物体和介质。

电磁场与电磁波小论文

电磁场与电磁波小论文
镜像法概念:在一定条件下,可以用一个或多个位于待求场域边 界以外虚设的等效电荷来代替导体表面上感应电荷的作用,且保持原 有边界上边界条件不变,则根据惟一性定理,空间电场可由原来的电 荷和所有等效电荷产生的电场叠加得到。这些等效电荷称为镜像电 荷,这种求解方法称为镜像法。
理论依据:惟一性定理是镜像法的理论依据。 应注意的问题: a.镜像电荷位于待求场域边界之外 b.将有边界的不均匀空间处理为无限大均匀空间,该均匀空间中媒质 特性与待求场域中一致。 c.实际电荷(或电流)和镜像电荷(或电流)共同作用保持原边界处的 边界条件不变。 1.点电荷对无限大接地导体平面的镜像
于导体表面的线电荷,其电荷密度为 l
y
l
h
0
0 x 0
y
r1 l
P(x, y, z)
h
r2
o
x
h
l
待求场域(y>0)中的电位: l ln r2
上半空间的电场: E
l 2π 0r1
2 ar1
π 0
2
rl1 π 0r2
ar 2
3. 点电荷对无限大介质平面的镜像
设想用镜像电荷代替界面上极化电荷的作用,并使镜像电荷和点电荷
方程,在对偶方程中,处于同等地位的量称为对偶量。
2. 叠加定理
18
静态场分析
电磁场与电磁波小论文
2014.12.26
若1和2 分别满足拉普拉斯方程,则1和2 的线性组合 a1 b2
必然满足拉普拉斯方程。 利用叠加定理,可以把比较复杂的场问题分解为较简单问题的组合, 便于求解。 3. 惟一性定理 在给定边界条件下,泊松方程或拉普拉斯方程的解是惟一的。惟一性 定理为某些复杂电磁问题求解方法的建立提供了理论根据。镜像法就 是惟一性定理的直接应用。 四、镜像法

大学论文-电磁场与电磁波

大学论文-电磁场与电磁波

.引言电与磁的对偶性是指电场与磁场之间的一种对称关系,它们之间虽然用来描述这两种场的有关物理量概念不同,但是在一定条件下,可以用相同的数学模型来描述。

我们在研究电磁场的过程中会发现,电与磁经常是成对出现的,电场与磁场的分析方法也有相当的一致性例如,在静电场中,为了简化电场的计算而引入标量电位,在恒定磁场中,也仿照静电场,可以在无源区引入标量磁位,并将静电场标量电位的解的形式直接套出来,因为它们均满足拉普拉斯方程,因此解的形式也必完全相同这样做的理论依据是二重性原理,所谓二重性原理就是如果描述两种不同物理现象的方程具有相同的数学形式它们的解答也必取相同的数学形式。

在求解电磁场问题时,如果能将电场与磁场的方程完全对应起来,即电场和磁场所满足的方程在形式上完全一样,则在相同的条件下,解的数学形式也必然相同这时若电场或磁场的解式已知,则很方便地得到另一场量的解式在早期的研究中,人们认识电与磁都是从单方面进行研究的,既是分立的。

然而,随着电流磁效应的发现后,认识到电流与磁场之间存在着相互联系,再接着法拉第的电磁感应定律又揭示了变化的磁通与感应电动势之间的联系。

综合上两种现象,存在着“磁生电,电生磁”这种初步的对称。

直到后来在麦克斯韦综合前人的理论的自己的假设,对整个电磁现象做了系统的研究,建立了更为具有普适性的理论:借助于数学这个工具,推广了随时间变化的磁场产生涡旋电场(t B E ∂∂-=⨯∇)及提出位移电流假说,完善了随时间变化的电场产生的磁场(t D B J e ∂∂+=⨯∇v )从而达到了电学与磁学、光学的统一。

从麦氏方程组我们可以看到电与磁之间的明确对称统一(但是对于静电磁场的描述除外)。

本文将对电与磁从统一的角度出发,揭示其彼此对偶的一面。

一方面,对偶性是电磁场内在规律的反映,能建立在比静态更一般的基础上;另一方面,对偶性原理对于我们解决某些复杂的问题可以起到简化的作用,给予极大的帮助,由电的有关物理量知道磁的,反之亦然。

电磁场与电磁波论文

电磁场与电磁波论文

电磁场与电磁波论文电磁场与电磁波摘要:电磁场与电磁波理论是近代自然科学中,理论相对最完整、应用最广泛的支柱学科之一。

电磁场与电磁波技术已遍及人类的科学技术、政治、经济、军事、文化以及日常生活的各个领域。

电磁场与电磁波课程更是电子科学与技术专业的主干课程。

关键词:电磁场与电磁波;电子科学与技术;应用电磁场与电磁波是客观存在的一种物质,具有物质的两种重要属性:能量和质量。

但是,电磁场与电磁波的质量极其微小,因此,通常只研究电磁场与电磁波的能量特性。

人类对电磁现象的认识源远流长,但其知识与应用开始形成系统化及理论化则始于18世纪,卡文迪许、高斯、库伦等著名科学家对电磁现象所做的卓有成效的研究启动了电磁世界这一巨轮的运转。

而19世纪则是电磁研究蓬勃开展的时代,法拉第、欧姆、傅立叶、基尔霍夫、安培、麦克斯韦、赫兹、楞次,单单从这些名字和科学家的阵容,你就可以感受到这一时期电磁科学取得了多么辉煌的成就。

库仑定律的建立基于英国科学家卡文迪许在1772年做的一个一个电学实验,他用一个金属球壳使之带电,发现电荷全部分布在球壳的外表面,球腔中任何一点都没有电的作用。

库伦定律揭示了电荷间的静电作用力与它们之间的距离平方成反比。

安培在假设了两个电流元之间的相互作用力着它们的连线之间的作用力正比于它们的长度和电流强度,而与它们之间的距离的平方成反比的公式,即提出了著名的安培环路定理。

基于这与牛顿万有引力定律十分类似,泊松、高斯等人仿照引力理论,对电磁现象也引入了各种场矢量,如电场强度、电通量密度(电位移矢量)、磁场强度、磁通密度等,并将这些量表示为空间坐标的函数。

但是当时对这些量仅是为了描述方便而提出的数学手段,实际上认为电荷之间或电流之间的物理作用是超距作用。

直到法拉第,他认为场是真实的物理存在,电力或磁力是经过场中的力线逐步传递的,最终才作用到电荷或电流上。

他在1831年发现了著名的电磁感应定律,并用磁力线的模型对定律成功地进行了阐述,但是电磁感应定律的确认是在1851年,这一过程花了20年。

电磁波的应用 电磁场与电磁波研究型学习论文

电磁波的应用 电磁场与电磁波研究型学习论文

电磁波的应用摘要:本文从电磁波频段使用的角度介绍了电磁波在生活中的应用,包括通讯方面的应用、医疗保健方面的应用、家用电器方面的应用,信息化战争的应用。

This paper introduces the electromagnetic wave from the Angle of the electromagnetic spectrum used in the application of life, including communications applications, the application of health care, home appliance applications, the application of information war.引言随着信息技术的飞速发展,电磁场与电磁波理论在通信,广播,电视,导航遥感遥测等方面有着越来越多的应用。

要想在电磁场与电磁波的应用上有所作为,首先我们需要了解电磁波的基本概念,了解它目前现有的应用,再对电磁波应用在其他领域进行可行的预测。

正文1电磁波的简要介绍:电磁波,又称电磁辐射。

是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式传递能量和动量,其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面。

电磁辐射的载体为光子,不需要依靠介质传播,在真空中的传播速度为光速。

只要是本身温度大于绝对零度的物体,都可以发射电磁辐射,而世界上并不存在温度等于或低于绝对零度的物体。

因此,人们周边所有的物体时刻都在进行电磁辐射。

尽管如此,只有处于可见光频域以内的电磁波,才可以被人们肉眼看到。

电磁波主要用以下参数描述:(1)周期T——相邻两个波峰或波谷通过某一固定点所需要的时间间隔,单位为s(秒).(2)频率f——单位时间内通过传播方向上某一点的波峰或波谷数目,即单位时间内电磁波振动的次数。

f=1/T=w/2π(Hz)。

(3)波长——波是由很多前后相继的波峰和波谷所组成,两个相邻的波峰或波谷之间的距离称为波长。

电磁场与电磁波课程教学方法论文

电磁场与电磁波课程教学方法论文

电磁场与电磁波课程教学方法论文电磁场与电磁波课程教学方法论文摘要:电磁场与电磁波是一门难度较大的重要专业基础课。

在教学过程中,可以根据学科特点,综合利用各种教学资源,充分调动学生学习兴趣,提高学生对知识的深入理解,以达到更好的教学效果。

关键词:电磁场与电磁波;教学方法;学习兴趣根据光电信息科学与工程专业的培养要求,电磁场与电磁波[1-2]课程是该专业的基础必修课。

该课程要求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内涵,并用所学的知识理解电磁场与电磁波的相关规律,培养学生正确的思维方式和分析问题的能力,为后续课程打下坚实的理论基础。

该课程课时少,任务重,概念抽象,数学推导繁琐,是一门难教、难学的课程。

然而学生在浏览课本目录时往往觉得知识点很熟悉而掉以轻心,导致在学习的过程中出现看似简单却无从下手的窘境。

该课程需要较好的高等数学及大学物理知识,又是后续课程如应用光学、光电信息物理基础、物理光学、激光原理与技术、光电子学、信息光学等课程的重要理论基础,是一门承上启下的关键课程。

因此如何把握课堂教学,使学生在课堂上对知识体系建立深刻而又良好的印象,最大限度地激发学生的学习兴趣,培养学生的学习能力至关重要。

本文从以下几方面着手以提高学生学习积极性。

一、对比已经学过的知识,掌握新内容的核心要点电磁场与电磁波教学内容丰富而抽象,是大学物理部分电磁学内容的升华,并且使用高等数学工具多,方法灵活。

学生在初学时往往停留在旧的认识处理水平而不能深入理解。

因此在教学过程中需借鉴已经学过的知识,进行对比分析,找出异同,重点突破,才能提高效率。

例如矢量分析部分,有的同学就误以为只是高中的向量运算和高数中的多重积分相关知识。

教学时可以通过对比找出该课程中的新知识,温习旧知识,拓展新内容,重点深入理解剖析、加强物理内涵知识的练习。

电磁场部分也是深入学习的重点,通过对比高中物理、大学物理和本课程中对同一定律研究手段的深入可以发现,从结合微积分手段到充分利用矢量分析,可以解决的问题更加丰富全面,要求也更高。

电磁场与电磁波论文

电磁场与电磁波论文

电磁场与电磁波论文对电磁场与电磁波的发展及认识肖江电子103班6100210030关键词:电磁场、电磁波、磁偶极子、麦克斯韦电磁场与电磁波的发展每一门学科都有一个发展完善的过程,我们这学期学的《电磁场与电磁波》也同样经历过一段曲折而又艰辛的道路,无数们先辈用智慧与汗水的结晶给我们后人留下了无尽的财富。

虽然我们初中物理就学过电和磁之类的相关东西,但真正让我对其有一定了解的还是在高中时期,那是我们就知道了磁和电之间有着很紧密的联系,电能生磁反过来磁也能生电,最明显的例子就是导体切割磁场线能产生感应电动势,那是我们就觉得电和磁是种很神奇的东西,看不见摸不着但却真实的存在我们每个人身边。

我国是发现和使用天然磁石最早的国家,早在两千多年前的春秋战国时期我们的祖先就发现了能够吸引铁的“慈石”。

在西方,磁现象首先由古希腊著名的哲学家泰勒斯发现。

公元前三世纪的战国时期,在《韩非子》这部著作中,记载了用磁石指示方向的仪器——司南,后将磁针装在轴上,放在盒子里,成为罗盘。

后来,指南针经阿拉伯传入欧洲,在航海领域显示出巨大的价值。

由此可见,电磁现象很早就已经被发现。

在磁的本质探索方面,经过了长期多次的反复曲折过程。

然而真正对电磁现象的系统研究则要等到十六世纪以后,并且静电学的研究要晚于静磁学,这是由于难以找到一个能产生稳定静电场的方法,这种情况一直持续到1660年摩擦起电机被发明出来。

十八世纪以前,人们一直采用这类摩擦起电机来产生研究静电场,代表人物如本杰明·富兰克林。

人们在这一时期主要了解到了静电力的同性相斥、异性相吸的特性、静电感应现象以及电荷守恒原理。

后来,人们曾将静电力与在当时已享有盛誉的万有引力定律做类比,发现彼此在理论和实验上都有很多相似之处,包括实验观测到带电球壳内部的球体不会带电,这和有质量的球壳内部物体不会受到引力作用(由牛顿在理论上证明,是平方反比力的一个特征)的情形类似。

其间苏格兰物理学家约翰·罗比逊(1759年)和英国物理学家亨利·卡文迪什(1773年)等人都进行过实验验证了静电力的平方反比律,然而他们的实验却迟迟不为人知。

电磁场与电磁波研究性论文指导书

电磁场与电磁波研究性论文指导书

电磁场与电磁波研究论文指导书理论研究型一、导体平板间点电荷的电场研究如图所示,两无限大导体平板电位均为零,板间有一点电荷q,试求板间电位、电场强度,并用matlab做出场分布示意图。

思绪建议:1、可从镜像法、分离变量法等方法中选择最佳求解方法。

2、注意该求解区域为三维空间。

具体规定:1.理论分析;2. 数学推导;3. 仿真图示;4. 结论。

二、各种接地器跨步电压的分析和比较设接地器均为抱负导体,埋在电导率为0.6S/m的土壤中,若一次雷电中引下来电流100 kA,则跨步电压在安全电压范围内的安全半径是多少?(设人的跨步为0.8m,安全电压为36V)。

1.半球形浅埋接地器,切面与地面共面,半径为10cm;2. 半径为10cm 的球形接地器,,球心距地面20cm ;3. 直立管形接地器,管口与地面平齐,半径为2cm ,长为2m ; 4. 若要使这些接地器达成形同的的安全半径,可采用哪些调整措施? 具体规定:1. 理论分析;2. 数学推导;3. 参数比较;4. 结论。

三、磁场力研究长直螺线管单位长度上均匀密绕着 n 匝线圈,通流 I ,铁芯磁导率为μ,截面积为S ,求作用在铁心截面上的力。

下列解答是否对的?问题出在哪?试给出对的解答。

解:空螺线管内磁场均匀,为H = nISx I n Sx H W 22020m 2121μμ==假设铁心沿轴向方向虚位移∆xx S I n W ∆μμ∆220m )(21-=x W f ΔΔm =S I n 220)(21μμ-= 思绪建议:1. 讨论安培环路定律的合用条件,分析本例是否合用;2. 讨论本例的边界条件如何满足。

具体规定:1. 分析螺线管内的B 和H 分布特点;2. 数学推导;3. 做出B-x 、H-x 曲线;4. 结论。

工程应用型一、护轮轨装置对机车信号的影响1问题的提出为适应大型机械捣固需求,铁道部将原铁路桥梁护轮轨的铺设方案进行了改善。

原护轮轨与钢轨安装布置如图1所示,其中护轮轨与基本轨的间距为200mm,为了防止护轮轨对机车信号的干扰,在护轮轨两头增长了绝缘,在长大桥梁,每隔200m 每根护轮轨家绝缘,加绝缘可防止轨道电路的两条钢轨与护轮轨被金属物直接短路,导致轨道电路红光带,另一个作用防止基本轨与护轮轨之间的电磁感应导致机车信号乱显示。

电磁场与电磁波课程小论文

电磁场与电磁波课程小论文

《电磁场与电磁波》课程论文题目课程论文要求:论文的格式参考吉首大学学报(自然科学版)格式,论文的内容至少有三分之一是自己做的工作,基本字数是:4000字/1人;相关的程序在附录中给出,最后把论文工作的分工要在最后有具体说明,每人在论文最后写出不少于100字的总结,谈谈你这次做小论文的感受,另外也给自己打打分(按100分算)。

1.有限元方法在矩形金属波导中的应用(3-5人题目:要求对有限元方法的基本原理和步骤有一定掌握,并会它计算矩形波导得出相关的数据及相应的图形,并进行分析讨论)2 负折射率材料NIM专题研究(1-2人题目:要求对负折射率材料有一个全面系统的总结,并对正、负折射率介质分界面电磁波的传播特性有具体的理论分析及数值模拟)3 FDTD数值计算在贴片微带天线分析中的应用(3-5人题目:要求编程(Matlab或是Fortran)对TDTD方法掌握,并会它模拟贴片微带天线,编出相关的程序、模拟出相关评价天线的特性图,如方向图、场分布等)4微带滤波器的设计(ADS)(1-2人题目:用ADS软件进行设计,要求如下:中心频率G0=2.6GHz;带宽=50MHz~70MHz(计算按50MHz),在2.65GHz上衰减达到25dB)5.介质波导的数值模拟(2-3人题目:利用MATLAB对不同结构、不同折射率分布的波导进行模拟分析,给出金属波导和光纤的近似数值模拟方法。

)6. 等离子体隐身原理研究(1人题目:对离子体隐身原理作一个详细的读书报告。

)7.脉冲瞬变电磁场(1人题目:对脉冲瞬变电磁场作一个详细的读书报告。

)8. 双频微带天线设计与仿真(2-3人题目:利用ADS或是CST等电磁计算软件设计出一个双频微带天线,要求技术指标为:谐振频率2.0GHZ 4.5GHZ、带宽<150 MHZ、反射损耗<-25dB、输入阻抗50 Ohm、增益(Gain) ,并对结果进行仿真,并进行理论分析,提出改进措施,与优化结果进行比较, 获得符合指标的天线版图, 最后将天线进行全向扩展,得到更贴近使用的结果)9.多层介质中电磁波的传播特性研究((3-5人题目:理论推导出正负正、负正正、负正负三种三层介质分界面中电磁波的传播特性,并用一定的电磁软件如IE3D、ADS或CST等模拟出场图分布)10.微带贴片天线的设计、仿真与优化((3-5人题目:学习使用IE3D 和ADS软件设计微带贴片天线的基本方法;仿真,调试,优化微带贴片天线;体会IE3D和ADS使用中的不同和各自的优缺点。

电磁场与电磁波论文

电磁场与电磁波论文

《电磁场与电磁波论文》学院:信息科学与工程学院专业:电子信息工程班级:电子xx班学号:XXXX姓名:++++++++电磁场与电磁波的实际应用电磁波是电磁场的一种运动形态。

电与磁可说是一体两面,电流会产生磁场,变动的磁场则会产生电流。

变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场,这就是电磁场,而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波,电磁的变动就如同微风轻拂水面产生水波一般,因此被称为电磁波,也常称为电波。

电磁场与电磁波在实际生产、生活、医学、军事等领域有着广泛的应用,具有不可替代的作用。

如果没有发现电磁波,现在的社会生活将是无法想象的。

(一)在生产、生活上的应用静电场的最常见的一个应用就是带电粒子的偏转,这样象控制电子或是质子的轨迹。

很多装置,例如阴极射线示波器,回旋加速器,喷墨打印机以及速度选择器等都是基于这一原理的。

阴极射线示波器中电子束的电量是恒定的,而喷墨打印机中微粒子的电量却随着打印的字符而变化。

在所有的例子中带电粒子的偏转都是通过两个平行板之间的电位差来实现的。

1.磁悬浮列车列车头部的电磁体N极被安装在靠前一点的轨道上的电磁体S极所吸引,同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体N极所排斥。

列车前进时,线圈里流动的电流方向就反过来,即原来的S极变成N极,N极变成S极。

循环交替,列车就向前奔驰。

稳定性由导向系统来控制。

“常导型磁吸式”导向系统,是在列车侧面安装一组专门用于导向的电磁铁。

列车发生左右偏移时,列车上的导向电磁铁与导向轨的侧面相互作用,产生排斥力,使车辆恢复正常位置。

列车如运行在曲线或坡道上时,控制系统通过对导向磁铁中的电流进行控制,达到控制运行目的。

“常导型”磁悬浮列车的构想由德国工程师赫尔曼·肯佩尔于1922年提出。

“常导型”磁悬浮列车及轨道和电动机的工作原理完全相同。

只是把电动机的“转子”布置在列车上,将电动机的“定子”铺设在轨道上。

通过“转子”,“定子”间的相互作用,将电能转化为前进的动能。

电磁场与电磁波论文.

电磁场与电磁波论文.

电磁场与电磁波论文——《电磁辐射对人体健康的影响》在很多人眼中,电磁辐射几乎与“癌魔”划等号。

日本广岛原子弹爆炸、苏联切尔诺贝利核电站泄漏等核悲剧,早已使人“谈辐色变”。

然而据英国《金融时报》6月23日报道,美国资深营养学家、曾任“阿波罗”登月计划宇航员首席营养顾问的唐·勒基表示,少量辐射可起到增强人体免疫力、延长寿命的积极作用。

科学界此前还很少有类似的研究,勒基的“语出惊人”引起了激烈辩论。

人们在日常生活中感觉很少有机会接触核辐射,其实电子产品的普及以及放射疗法的推广,辐射源几乎无处不在,电视、电台、变电站、电脑、移动电话……甚至一根通了电的金属线,都会向外辐射电磁场。

人们担心,那些携带着能量无孔不入的电磁力线,会不会是一把把杀人于无形的魔剑?它们是不是使现代人类越来越普遍地患上肿瘤、白血病、神经衰弱,还有胎儿畸形等各种绝症的幕后幽灵?当人类进入到电气化时代后,人们在享受它带来的各种便利和创造的各种神话时,心理上也同时遭受着巨大的折磨。

辐射是指能量在空间和其他介质中的传递,存在形式有电磁波、粒子流等。

按辐射的效应分,可分为电离辐射与非电离辐射两类,一般人们通常提及的都是电离辐射,包括最令人闻之色变的核辐射。

电离辐射是使物质产生电离作用的电磁辐射(如X射线、伽马射线),或粒子辐射(如阿尔法、贝塔、高速电子、高速质子及其他粒子)。

而波长大于100纳米的电磁波,由于其能量低,不能引起水和机体组织电离,故称为非电离辐射,如光和超声波等。

人们日常生活中遇到的辐射与核辐射的原理是一致的,惟一不同的是强度没核辐射高。

对于辐射的危害,科学家们曾做过大量研究,并形成了被广为接纳的“定论”。

美国国家放射保护理事会委员迈克尔·克拉克曾表示:“人类科学史上所得出最清晰的结论,便是辐射的危害性。

毫无疑问,任何辐射都是有害的。

”科学家们发现,在辐射源集中的环境下工作、学习、生活的人,容易失眠多梦、记忆力减退、体虚乏力、免疫力低下等。

电磁场与电磁波论文

电磁场与电磁波论文

电磁场与电磁波论文生物电磁学摘要:磁是人类生存的要素之一。

地球本身就是一个磁场,由于地球自身运动导致的两极缩短、赤道拉长、冰川融化、海平面上升等原因,地球的磁场强度正逐渐衰减。

外加高楼林立、高压电网增多,人为地对地球磁力线造成干扰和破坏。

所以,现在地球的磁场强度只有500年前的50%了,许多人出现种种缺磁症状。

科学家研究证实,远离地球的宇航员在太空中所患的“太空综合症’就是因缺磁而造成的。

由此可见磁对于生命的重要性。

磁场疗法,又称“磁疗法”、“磁穴疗法”,是让磁场作用于人体一定部位或穴位,使磁力线透人人体组织深处,以治疗疾病的一种方法。

磁疗的作用机制是加速细胞的复活更新,增强血细胞的生命力,净化血液,改善微循环,纠正内分泌的失调和紊乱,调节肌体生理功能的阴阳平衡。

关键词:磁疗、电磁生物体、生物磁场、磁疗保健生物电磁学简介:生物电磁学是研究非电离辐射电磁波(场)与生物系统不同层次相互作用规律及其应用的边缘学科,主要涉及电磁场与微波技术和生物学。

其意义在开发电磁能在医学、生物学方面的应用以及对电磁环境进行评价和防护。

生物电磁学与工程电磁场与微波技术的不同主要体现在:1、后者的作用对象是具有个体差异的生命物质;2、后者的作用对象是根据人为需要而选取并加工的电磁媒质或单元而前者的作用要让测量系统服从于作用对象。

生物电磁学的研究内容主要设计五个方面:1、电磁场(波)的生物学效应,研究在电磁场(波)作用下生物系统产生了什么;2、生物学效应机理,研究在电磁场(波)作用下为什么会产生什么;3、生物电磁剂量学,研究在什么条件下会产生什么;4、生物组织的电磁特性,研究在电磁场(波)作用下产生什么的生物学本质;5、生物学效应的作用,研究产生的效应做什么和如何做。

正文:一、电磁学在医疗上的应用生物电磁学在医疗上的应用,简称磁疗。

是20世纪九十年代才广泛兴起的一种自然疗法,用磁能作用于人体,通过磁的一系列生物与生物电磁学效应达到调整人体生理活动、实现身体保健和治疗疾病的目的。

电磁场与电磁波课程满分论文基于合成波电场方程的电磁波极化方式的判断

电磁场与电磁波课程满分论文基于合成波电场方程的电磁波极化方式的判断

电子信息工程学院《电磁场与电磁波》课程论文基于合成波电场方程的电磁波极化方式的讨论摘要:极化是电磁波理论中的一个重要概念,在电视天线、卫星通信、雷达等领域有着广泛的应用。

本文通过分析合成波电场方程,对电磁波三种极化方式:线极化、圆极化、椭圆极化的判断条件分别进行了讨论,并通过matlab 仿真验证了相关结论。

关键词:电磁波,极化方式,matlab 仿真1. 引言电磁波的极化是电磁理论中的一个重要概念,它表征在空间给定点上电场强度矢量的取向随时间变化的特性,并以电场强度矢量的矢端轨迹来描述。

电磁波的极化方式按Ex 和Ey 分量的振幅之间和相位间的关系可分为:线极化、圆极化、椭圆极化。

掌握这三种极化方式的判断条件对研究电磁波极化问题有着重要的意义。

2. 对三种极化方式的讨论以沿Z 轴方向传播的均匀平面波为研究对象,假设电场强度矢量方程E =ex E mcos(wt-kz+Φ),则此均匀平面波的Ex 和Ey 分量可分别表示为: 而Ex 和Ey 分量的振幅和相位不一定相同,这也就导致了电磁波极化方式的不同,下面分别对不同情况下的极化方式判断条件进行讨论。

2.1 先讨论最一般的情况,即电场的Ex 和Ey 分量的振幅 和相位都不相等。

在Z=0处,消去Ex 和Ey 分量方程式中的t 得到 。

其中Φ=Φy-Φx 。

式是以Ex 和Ey 为变量的椭圆方程,因为方程中不含一次项,所以椭圆中心在直角坐标系原点,故得到合成波电场E 的端点在一个椭圆上旋转,即当Ex 和Ey 分量振幅和相位都不相等的时候构成椭圆极化波,如图m cos(),x x x E E t kz ωφ=-+m cos()y y y E E t kz ωφ=-+22222m m m m 2cos sin y x y x x y x y E E E E E E E E φφ+-=图2-1-1椭圆极化由图可知,当0<Φ<π时,E的端点沿顺时针方向旋转,为左旋椭圆极化波;当-π<Φ<0时,E的端点沿顺时针方向旋转,为右旋椭圆极化。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

电磁场与电磁波—电能的无线传输姓名:***班级:电科1101班学号:********引言电能的传输长期以来主要是由导线直接接触进行传输,随着用电设备对供电品质、可靠性、方便性等要求的不断提高,还有特殊场合、殊地理环境的供电,使得接触式电能传输方式,越来越不能满足实际需要;便携式电子设备和家电对快捷方便地获取电能的需求越来越强烈。

因此,无线电能传输越来越受到人们的关注,并被美国《技术评论》杂志评选为未来十大科研方向之一。

无线电能传输技术最早由著名电气工程师(物理学家)尼古拉·特斯拉提出,就是借助于电磁场或电磁波进行能量传递的一种技术。

按照电能传输原理的不同,无线电能传输分为:电磁感应式、电磁共振式和电磁辐射式。

通过该项技术可以实现以探讨将远程无线功率传输系统做成电子式互感器,研究其在高压测量方面的应用,还可以探讨更远的距离使将来室内电器实现无线化,所有室内电器设备都装有无接触功率传输系统,电气设备通过无接触功率接收装置远距离高效率的接收电能工作,而电能发射装置是可以装在墙壁内或者地板下的,使电气设备摆脱电线插座的束缚。

此外,无线输电技术在特殊的场合也具有广阔的应用前景。

例如可以给一些难以架设线路或危险的地区供电;可以解决地面太阳能电站、风力电站、原子能电站的电能输送问题。

深入了解其无线传输电能的意义和方向,具有十分积极的意义。

一、电能无线传输技术的简介1.1电能无线传输的现状1.1.1电能无线传输的研究现状一、国外研究现状国外对无线电能传输技术的研究较早,早在20 世纪70 年代中期就出现了无线电动牙刷,随后发布了几项有关这类设备的美国专利。

20世纪90 年代初期,新西兰奥克兰大学对感应耦合功率传输技术(ICPT)进行研究,经过十多年的努力,该技术在理论和实践上已经获得重大突破。

研究主要集中在给移动设备,特别是在恶劣环境下工作的设备的供电问题,如电动汽车、起重机、手提充电器、电梯、传送带、运货行车,以及水下、井下设备。

其能量等级、距离、效率等指标都在不断提高,目前实用设备己达200kW、数千米的传输距离和85%的以上的传输效率。

二、国内研究现状国内在无线输电技术方面研究还处于起步阶段,近年来,中科院院士严陆光和西安交通大学的王兆安等人也开始对该新型电能接入技术进行研究。

重庆大学自动化学院非接触电能传输技术研发课题组自2001 年便开始了对国内外非接触式电能接入技术相关基础理论与实用技术的密切跟踪和研究,并与国际上在该领域研发工作处于领先水平的新西兰奥克兰大学波依斯教授为首的课题组核心成员Patrick AiguoHu 博士进行了深层次的学术交流与科技合作,在理论和技术成果上有了较大的突破。

2007年2月,课题组攻克了非接触感应供电的关键技术难题,建立了完整的理论体系,并研制出了非接触电能传输装置,该装置能够实现600 至1000W 的电能输出,传输效率为70%,并且能够向多个用电设备同时供电,即使用电设备频繁增减,也不会影响其供电的稳定性。

1.1.2电能无线传输技术的应用现状一、短程无线供电技术现在已经商品化的非接触式充电系统, 其电能发射端的线圈(连接电源)与接收端的线圈(在电子产品中),处于两个分离的装置中, 电能通过感应线圈传送, 这类似一个线圈间耦合不紧密的变压器。

最早使用变压器原理进行无线供电的产品是一些电动牙刷、电胡刀和无绳电话等。

二、中程无线供电技术我们了解频率介于75kHz 和约10GHz 之间的电磁波俗称无线电波,,可以用来传送广播和电视节目、进行通信和传真, 但是对其传输电能的本领比较陌生。

通常电磁波在自由空间传输能量的过程中会向四面八方散发、不易集中、定向性差,因而供电效率是个问题; 另外, 还有对空间造成电磁污染的担忧。

有人认为电磁波可以无线传输较长的距离,但输送能量有限, 存在传输功率比较低( 甚至只有几微瓦到几毫瓦) 的问题。

Powercast 公司的相关研究是利用电磁波损失小的天线技术, 借助二极管、非接触IC 卡和无线电子标签等, 实现效率较高的无线电力传输。

三、远程无线供电技术从科学技术与实际应用相结合的角度来讲,无线供电和有线供电将会各有千秋。

如果作为地面长距离输电或者所有家用电器的长期供电,无线供电可能未必实用。

除铺设输电线路困难的地区之外,但有一个特殊科技领域的发展非常倚重无线电力传输技术,那就是太空领域了,比如人造卫星、航天器之间的能量传输等,而首当其冲的是未来太空太阳能发电站隔空给地球无线供电的研究摆在人们面前。

在外太空进行试验发电的国家有美、日、法、德、俄等。

来自美国国防部的一份报告称,建立空间太阳能电站的构想无论在技术方面还是在经济方面都是可行的。

太阳光是永恒不变的,太阳所释放的能量相当于当前全球所消耗能量的10万亿倍, 美国国家航天学会副主席马克霍普金(MarkHopkins) 说:我们只需要开发其中一少部分,就足以应付我们当前和未来许多年的能源需求。

根据美国科学家预测,到2025年,美国有可能在太空建造100 座太阳能电站, 将会满足美国全国30%的电力。

而日本从20世纪80年代也已展开太空太阳能相关研究,目标是在2030年前向太空发射一颗对地静止卫星, 这颗卫星将为地球上50 万户家庭提供10 亿W 电能。

目前,日本宇宙航空研究开发机构的研究人员将微波和激光看作是传输太阳能的可能选择。

二、电能无线传输的原理及特点2.1电磁感应式无线电能传输非接触感应电能传输技术早在100 年前就已经为人所知,通常采用非接触变压器耦合进行无线电力传输。

它将系统的变压器紧密型耦合磁路分开, 变压器原边绕组流过的是高频交流电,通过原、副边绕组的“电磁感应”将电能传输到副边绕组及用电设备,从而实现在电源和用电负载之间的能量传递而不需物理连接。

该系统主要由三个部分组成,即能量发送端、无接触变压器和能量接收端,系统框图如图2-1所示。

图2-1电磁感应式无线电能传输的原理图下图2-2是非接触感应电能传输系统框图。

图2-2电磁感应式无线电能传输仿真图特点:利用非接触“电磁感应”来进行无线供电传输是非常成熟的技术,但会受到很多限制。

比如变压器绕组的位置,气隙的宽度,使得磁场会随着距离的增加而快速衰减。

如果要增加供电距离,只能加大磁场的强度。

然而,磁场强度太大一方面会增加电能的消耗,另一方面可能会导致附近使用磁信号来记录信息的设备失效。

所以其有效传输距离只有几厘米,所以这种无线电力传输只能是短距离电能传输。

2.2电磁共振式无线电能传输电磁共振式(又称WiTricity 技术)是由麻省理工学院(MIT)的研究人员提出的。

系统采用两个相同频率的谐振物体产生很强的相互耦合,利用线圈及放置两端的平板电容器,共同组成谐振电路,实现能量的无线传输。

2007 年6 月,麻省理工大学的物理学助理教授马林·索尔贾希克(Marin Soljacic)和他的研究团队取得了新的进展。

他们给一个直径60 厘米的线圈通电,6 英尺(约1.9 米)之外连接在另一个线圈上的60 瓦灯泡被点亮了。

这个实验中发送端和接收端的线圈组成一个磁共振系统,当发送端的磁振荡频率和接收端线圈的固有频率相同时,接收端就产生共振,从而实现了能量的传输。

典型的电磁共振耦合无线输电系统如图2-3 所示。

图2-3 基于电磁共振的无线输电系统框图整个装置包含两个线圈,每一个线圈都是一个自振系统。

其中一个是发射装置,与能量源相连,它并不向外发射电磁波,而是利用振荡器产生高频振荡电流,在周围形成非辐射磁场,即将电能转换成磁场;当接收装置的固有频率与收到的电磁波频率相同时,接收电路中产生的振荡电流最强,完成磁场到电能的转换,从而实现电能的高效传输。

在能量传输的过程中,电磁波的频率越高其向空间辐射能量就越大,传输的效率也就越高。

特点:根据共振的特性,能量传输是在一个共振系统内部进行,对这个共振系统之外的物体不会产生什么影响。

当发射端通电时,它并不会向外发射电磁波,而只是在周围形成一个非辐射的磁场。

这个磁场用来和接收端联络,激发接收端的共振,从而以很小的消耗为代价来传输能量。

无线传输能量过程中的磁场强度不过和地球磁场强度相似,不会对人体和周围设备产生不良影响。

这种新技术所消耗的电能只有传统电磁感应供电技术的百万分之一,其有效传输距离为几十厘米到几米,所以这种传输形式是中程传输。

2.3电磁辐射式无线电能传输该方式主要采用微波波段进行电能传输。

微波是波长介于无线电波和红外线之间的电磁波。

由于频率较高,能顺利通过电离层而不反射。

宇宙空间对微波传输十分理想,几乎没有能量损耗,通过大气层时的损耗为2%。

微波输电利用电磁辐射原理,由电源送出电力,通过微波转换器将工频交流电变换成微波,再通过发射站的微波发射天线送到空间,然后传输到地面微波接收站,接收到的微波通过转换器将微波变换成工频交流电,供用户使用。

远场一般指远远大于装置尺寸的几千米以上的传输距离。

只要合理设计接收机形状,采用高精度定向天线或高质量的平行激光束就可实现远距离传能。

通过无线电波可以在微波范围内实现能量定向传输,接收端采用硅整流二极管天线可将微波能量转换回电能。

在人体允许的能量密度1mW/cm2 范围内,在直径为10km 的空间中,传递能量可达750MW。

无线电波波长越短,其定向性越好,弥散越小。

因此,可以利用微波或激光来实现电能的远程传输,这对于新能源的开发和利用、解决未来能源短缺等问题有着重要意义。

随着经济和社会的发展,能源消耗越来越大, 环境污染和电力需求的迅速增长使得人们越来越重视可再生能源的发展。

其中太阳能以其能量高,取之不尽,用之不竭,全天候供应成为能量的最理想来源之一。

特点:传输距离为几千米,属于远程传输。

三、无线电能传输技术的应用3.1电磁感应式无线电能传输的应用电磁感应式电能传输技术早已经为人所知,但因为效率太低,没能商业化。

随着功率变换技术、控制技术和磁性材料的发展,非接触电磁感应电能传输技术得到了迅速发展。

大功率方面的应用,比如20 世纪90 年代新西兰奥克兰大学所属奇思公司已将非接触感应电能传输技术成功应用于新西兰Rotorua 国家地热公园的30KW 旅客电动运输车。

德国奥姆富(WAMPELER)公司150KW 载人电动火车,轨道长度达400m,气隙为120mm,是目前最大的非接触感应电能传输系统[3]。

小功率应用方面近几年发展迅速,主要是对便携式终端设备进行无线充电的研究。

2010 年7月无线充电联盟,发布了Qi 标准对便携式终端充电设备的生产和制造进行规范,其应用的就是电磁感应式无线电能传输原理。

3.2电磁共振式无线电能传输的应用磁共振无线电能传输技术的应用非常广泛,小到几十毫瓦的生物植入电子器件,大到上千瓦的电动汽车或运动机器人都可以得到应用。

相关文档
最新文档