电磁场与电磁波的应用

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电磁场与电磁波在电子通信技术中的应用研究

电磁场与电磁波在电子通信技术中的应用研究

电磁场与电磁波在电子通信技术中的应用研究摘要:在对电磁现象讨论研究的过程中,电磁场的概念应运而生。

电磁场最早由英国科学家提出,随着研究的深入,电磁场的概念不断完善,人们发现电和磁关系密切。

在实验的过程中,在导体中放入导棒就会产生很强的电流,说明了二者之间关系密切。

带电物体产生的物理场就是电磁场,其具有相互联系、依存的特点。

电磁波的产生需要垂直和振荡的电场以及电磁场,二者在波的状态下移动时,物体会有电磁波产生和释放。

在电子通信技术中,电磁波和电磁场发挥了十分重要的作用。

尤其是电磁波的应用十分广泛,包括手机、网络传输等,为人们的通信带来了极大的便利。

关键词:电磁场;电磁波;电子通信技术;应用分析1电磁场电磁场是带电物体发射的物理磁场,在电磁场中带电的物体将清楚地感受到电磁场引起的相互作用力。

电磁场本身是内部耦合的,电材料和磁性材料相互存在,并且随着时间的推移,电材料产生磁性材料。

随着时间的延长,磁性材料产生电材料,它们成为每个人的原因和后果,形成整个电磁场。

当电磁场每天运行时,这可能是由带电粒子或其自身变速运动强度的变化引起的。

随着时间的变化,电磁场的时变电磁场与静态电磁场本身之间存在显着的差异,并且经常会观察到某些时变材料效应。

这些物质效应对产业发展具有重要意义,对产业发展具有重要作用。

电磁场的整体结构包括电材料和磁性材料两个方面。

在实际使用中,必须使用材料e的电强度(或电位移d)和磁性材料b的密度(或磁场强度h)来表达特异性。

据国外著名物理学家麦克斯韦称,权力产生磁场、电材料和磁性材料的理论是密切相关的。

随时间变化的电材料产生磁性材料,磁性材料也产生电材料。

当与发电有关的磁场开始随时间变化时,这种结构中的电材料和磁性材料相互摩擦,导致电磁场强烈的相互运动,形成电磁波。

电磁波在自由空间的透射率为c=3× 108米/秒。

2电磁波电磁波的概念始于1865年。

电磁波的概念是麦克斯韦提出的。

赫兹确认电磁波的存在直到1887年才实现。

电磁场与电磁波的理论与应用

电磁场与电磁波的理论与应用

电磁场与电磁波的理论与应用电磁场与电磁波是电磁学中的重要概念,它们在现代科技与生活中有着广泛应用。

本文将围绕电磁场与电磁波的理论基础展开讨论,并探索它们在实际应用中的意义。

1. 电磁场的理论基础电磁场是由带电粒子周围的电荷所形成的一种物理场。

根据电场与磁场之间的相互作用,我们可以推导出麦克斯韦方程组,这是电磁场理论的基础。

麦克斯韦方程组包括四个方程式,分别是:高斯定律、高斯磁定律、法拉第电磁感应定律和安培环路定理。

这些方程式描述了电荷的分布、电流的产生和磁场的形成,从而揭示了电磁场的本质。

2. 电磁波的理论基础电磁波是指由变化的电场和磁场相互作用而形成的波动现象。

根据麦克斯韦方程组的推导,我们可以得到有关电磁波的方程式,即麦克斯韦方程的波动解。

其中,电磁波的传播速度等于光速,即300,000km/s。

根据频率和波长的不同,电磁波可以分为射线、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等不同类型。

3. 电磁场与电磁波的应用电磁场与电磁波的理论已广泛应用于各个领域,为人类的生活与科技进步做出了重要贡献。

3.1 通信领域电磁波在通信领域起着关键作用。

无线电通信、手机通讯、卫星通信等都依赖于电磁波的传输和接收。

通过合理的调制和解调信号,我们可以实现远距离的信息传递。

3.2 医学领域医学成像技术如X射线、磁共振成像(MRI)和超声波等都利用了电磁波在物质中的相互作用特性。

这些技术可以帮助医生进行诊断和治疗,为疾病的早期发现和治疗提供了可能。

3.3 物理学研究电磁场与电磁波在物理学研究中扮演着重要角色。

例如,研究电磁波的干涉和衍射现象可以揭示光的性质;通过电磁场的分析,可以研究电磁波与物质的相互作用规律。

这些研究对于理解自然界和推动科学发展具有重要意义。

3.4 能源领域电磁场与电磁波在能源领域也有广泛应用。

太阳能板利用光的电磁辐射转化为电能,而微波炉则是利用微波的电磁波来产生加热效果。

这些应用不仅改善了人们的生活质量,还为减少对化石燃料的依赖做出了贡献。

看见无形的力量电磁场与电磁波的应用与原理

看见无形的力量电磁场与电磁波的应用与原理

看见无形的力量电磁场与电磁波的应用与原理看见无形的力量——电磁场与电磁波的应用与原理电磁场和电磁波是当今科学技术领域中至关重要的概念,它们具有广泛的应用和深远的影响。

不可见的电磁场和电磁波,正是支撑着我们日常生活中的许多现象和技术。

本文将就电磁场和电磁波的基本概念以及它们在现实生活中的应用进行探讨。

一、电磁场的基本概念与原理1. 什么是电磁场电磁场是由带电物体或变化的电流所产生的一种物理现象。

在电磁场中,电荷之间存在相互作用力,这种力被称为电磁力。

电磁场可以分为静电场和磁场。

静电场是由带电粒子产生的场,而磁场则由电流所产生。

2. 电磁场的产生和传播当电荷或电流产生时,它们会形成电场和磁场。

电场是由电荷引起的,而磁场是由电流引起的。

电磁场的变化会导致电磁波的产生和传播,这是电磁场与电磁波之间密切关联的一个重要方面。

3. 电磁场的数学描述电磁场可以用数学方程来描述。

麦克斯韦方程组是描述电磁场和电磁波的基本方程。

它们包括四个方程,即麦克斯韦方程组的两个高斯定律和两个法拉第定律。

通过这些方程,我们可以描述电磁场的起源和性质。

二、电磁波的基本概念与原理1. 什么是电磁波电磁波是由电磁场的变化产生的一种波动现象。

电磁波可以传播在真空中,也可以传播在介质中。

电磁波由电场和磁场相互作用而构成,其传播速度为光速。

2. 电磁波的特性电磁波具有很多特性,包括振幅、波长、频率、传播速度等。

振幅决定了电磁波的强度,波长和频率决定了电磁波的性质和种类。

电磁波的传播速度在真空中为光速,即约为300,000 km/s。

3. 电磁波的分类根据频率的不同,电磁波可以分为不同的种类,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。

这些电磁波在科学研究、通信、医疗、遥感等领域都有广泛的应用。

三、电磁场与电磁波的应用1. 通信技术电磁场和电磁波在通信技术中起着至关重要的作用。

无线电波被广泛应用于广播、电视、手机和无线网络等通信领域。

电磁场与电磁波在电子通信技术领域中的应用

电磁场与电磁波在电子通信技术领域中的应用

电磁场与电磁波在电子通信技术领域中的应用电、磁现象是大自然最重要的物理现象,也是最早被科学家们关心和研究的物理现象。

19世纪以前,电、磁现象作为两个独立的物理现象,没有发现电与磁的联系,但是这些研究为电磁学理论的建立奠定了基础。

18世纪末期,德国哲学家谢林认为,宇宙是有活力的,而不是僵死的。

他认为电就是宇宙的活力,是宇宙的灵魂,电、磁、光、热是相互联系的。

法拉第在谢林的影响下,相信电、磁、光、热是相互联系的。

奥斯特1820年发现电流以力作用于磁针后,法拉第敏锐地意识到,电可以对磁产生作用,磁也一定能够对电产生影响。

1821年他开始探索磁生电的实验。

1831年他发现,当磁捧插入导体线圈时,导体线圈中就产生电流。

这表明电与磁之间存在着密切的联系。

麦克斯韦深入研究并探讨了电与磁之间相互作用的关系,并发展了场的概念。

他在法拉第实验的基础上,总结了宏观电磁现象的规律,引进位移电流的概念。

这个概念的核心思想是:变化着的电场能产生磁场;与变化着的磁场产生电场相对应。

在此基础上提出了一组表达电磁现象基本规律的偏微分方程,称为麦克斯韦方程组,成为经典电磁场理论的基本内容。

电磁场作为无线电技术的理论基础,集中于三大类应用问题的研究。

电磁场(或电磁波)作为能量的一种形式,是当今世界最重要的能源,其研究领域涉及能量的产生、储存、变换、传输和综合利用;电磁波作为信息传输的载体,成为当今人类社会发布和获取信息的主要手段,主要研究领域为信息的产生、获取、交换、传输、储存、处理、再现和综合利用;电磁波作为探测未知世界的一种重要手段,主要研究领域为电磁波与目标的相互作用特性、目标特征的获取与重建、探测新技术等。

1887年,德国科学家赫兹用火花隙激励一个环状天线,用另一个带隙的环状天线接收,证实了麦克斯韦关于电磁波存在的预言,这一重要的实验导致了后来无线电报的发明。

从此开始了电磁场理论应用与发展的时代,并且发展成为当代最引人注目的学科之一。

电磁场与电磁波谢处方pdf

电磁场与电磁波谢处方pdf

电磁场与电磁波谢处方pdf电磁场与电磁波是物理学中非常重要的概念,对我们的生活、科技和社会发展都有着深远的影响。

本文将介绍电磁场与电磁波的基本概念,并探讨它们在各个领域的应用和意义。

首先,我们来了解一下什么是电磁场。

电磁场是由电荷和电流引起的空间中的物理场,它包括电场和磁场两个部分。

电场是由电荷产生的力场,描述了电荷之间的相互作用。

磁场是由电流产生的力场,描述了电流所产生的磁力和磁感应强度。

电磁场的存在对我们生活中的各种电器和通讯设备起着至关重要的作用。

例如,电磁场可以通过无线电波传输信息,实现手机和电视的无线通讯。

此外,电磁场也广泛应用于医学领域,如核磁共振成像(MRI)技术利用强大的磁场和电磁波来观察人体内部结构,帮助医生做出准确的诊断。

接下来,我们来了解一下电磁波。

电磁波是电磁场的一种传播方式,它是一种特殊的波动现象,可以在空间中传播而不需要媒质的支撑。

电磁波具有等电场和等磁场的交替变化,并以光速传播。

根据波长的不同,电磁波被分为不同的频段,包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。

电磁波在我们的生活中起着至关重要的作用。

无线电波使得我们能够通过无线电收音机和电视接收到远方的信息,微波炉利用微波来加热食物,光线使得我们能够看到周围的世界。

此外,紫外线可以杀灭细菌和病毒,被广泛应用于消毒和杀虫。

电磁场和电磁波的研究对于我们理解自然界的基本规律和发展新技术有着重要的意义。

我们通过对电磁场和电磁波的认识,掌握了无线通信技术、医学诊断技术、光电子技术等一系列重要的科学和技术。

我们能够利用电磁波来探测遥远的星系和宇宙,推动了天文学的发展。

同时,电磁场和电磁波的研究也带动了量子物理学、相对论等前沿领域的发展。

总之,电磁场与电磁波是物理学中非常重要的概念。

它们在我们的生活中起到了举足轻重的作用,广泛应用于电子技术、通讯技术、医学技术等领域。

我们的科技和社会发展离不开对电磁场和电磁波的研究。

电磁场与电磁波的应用

电磁场与电磁波的应用

电磁场与电磁波的应用0 引言电磁场与电磁波简介: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。

所以,本文主要研究电磁场与电磁波在生活中的多项应用,其中,将主要研究电能的无线传输技术。

1 电磁场与电磁波理论的建立在电磁学发展的早期,人们认识到带电体之间以及磁极之间存在作用力,而作为描述这种作用力的一种手段而引入的"场"的概念,并未普遍地被人们接受为一种客观的存在。

现在人们已经认识清楚,电磁场是物质在一种形态,它可以和一切带电物质相互作用,产生出各种电磁现象。

电磁场本身的运动服从波动的规律。

这种以波动形式运动变化的电磁场称为电磁波。

库仑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。

安培等人又发现电流元之间的作用力也符合平方反比关系,提出了安培环路定律。

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。

1846 年, 法拉第还提出了光波是力线振动的设想。

法拉第提出的电磁感应定律表明,磁场的变化要产生电场。

高中物理课件 电磁波及其应用

高中物理课件  电磁波及其应用

判一判 (1)变化的电场一定产生变化的磁场。 (×) (2)恒定电流周围产生磁场,磁场又产生电场。 (×) (3)电磁波和光在真空中的传播速度都是3.0×108 m/s。 (√ ) (4)麦克斯韦预言并验证了电磁波的存在。 (×) (5)电磁波在任何介质中的传播速度均为3×108 m/s。 (×)
知识点二、电磁波谱的理解 角度1. 各种电磁波的共性和个性 1.共性: (1)在本质上都是电磁波,遵循相同的规律,各波段之间的区别并没有 绝对的意义。 (2)都遵循公式v=λf,在真空中的传播速度都是c=3×108 m/s。 (3)传播都不需要介质。 2.个性:不同的电磁波由于具有不同的波长(频率),故具有不同的特性。
第六章 电磁现象与电磁波 6.4 电磁波及其应用
知识梳理 一、电磁场与电磁波 1.电磁场:(1)麦克斯韦电磁场理论的两个基本假设: ①变化的磁场能够在周围空间产生_电__场__(如图甲所示)。 ②变化的电场能够在周围空间产生_磁__场__(如图乙所示)。
(2)电磁场:变化的_电__场__和变化的_磁__场__交替产生,形成不可分割 的统一体,称为_电__磁__场__。

荧光效应
最强
电磁波谱 用途
无线电波 红外线
可见光 紫外线
X射线
γ射线
通信、广 播、导航
加热遥测、 遥感、红外 摄像、红外 制导
日光灯、杀 照明、
菌消毒、治 照相等
疗皮肤病等
检测、探 探测、
测、透视、 治疗
治疗
提醒: (1)波长越长的电磁波频率越低,能量越低,衍射能力越强,穿透力越差。 (2)波长越短的电磁波频率越高,能量越高,衍射能力越弱,穿透力越强。
2.雷达: (1)雷达是利用_电__磁__波__进行测距、定位的仪器。 (2)组成:雷达主要由发射机、接收机和显示器等部分组成。 (3)雷达工作时使用的是_微__波__(选填“长波”“中波”或“微波”)。 3.移动电话: (1)_现__代__通__信__技__术__是电磁波最辉煌的应用成果之一。 (2)无线电话、无线对讲机、移动电话均是通过_电__磁__波__实现信号的发射 KH—12光学侦察卫星,采用先进的自适应光学 成像技术,地面分辨率最高可达0.1 m,是美国天基侦查的主力军。那么, 你知道它上面携带的相机在夜间进行红外摄像时工作在什么波段吗?该波 段有什么特点?

电子通信技术中电磁场和电磁波的运用

电子通信技术中电磁场和电磁波的运用

电子通信技术中电磁场和电磁波的运用摘要:电磁场和电磁波在现代通信技术中扮演着重要的角色。

电磁场和电磁波在现代通信技术中的应用具有广泛的前景和巨大的潜力,将会在未来的科技发展中发挥越来越重要的作用。

本文主要探讨了电磁场和电磁波的物理特性、传输方式以及在通信技术中的应用。

关键字:电子通信技术;电磁场;电磁波引言:自从人类发现电磁现象以来,电磁场和电磁波就一直扮演着重要的角色。

电磁波作为电磁场的传播方式,被广泛应用于无线电通信、微波通信、光纤通信等方面。

随着电子通信技术的快速发展,电磁场和电磁波的应用范围也在不断扩大和深化。

在现代通信系统中,电磁场和电磁波已成为不可或缺的基础,对通信技术的性能、速度和可靠性起着至关重要的作用。

一、电子通信技术中电磁场和电磁波的运用现状1.在无线电通信方面,电磁场和电磁波被广泛应用于移动通信、卫星通信、雷达系统等。

移动通信技术中,电磁场和电磁波是无线信号的主要传输媒介,而卫星通信系统中则是重要的传输和接收方式。

雷达系统中,电磁场和电磁波被用于探测、跟踪和测量远距离目标。

2.在微波通信方面,电磁场和电磁波被广泛应用于微波电路、微波天线、微波雷达等方面。

微波通信技术中,电磁场和电磁波的高频特性使得其在高速数据传输、远距离通信、高分辨率成像等方面具有优势。

3.在光纤通信方面,电磁场和电磁波被用于光纤传输和光通信技术中。

光纤通信技术中,光信号是通过光纤中的电磁波来传输的,其高带宽、低损耗、抗干扰等特性使得其在高速数据传输、长距离通信、安全通信等方面具有广泛的应用前景。

二、电子通信技术中电磁场和电磁波的运用策略1.研究和创新高效的电磁场和电磁波的产生和传输技术,以提高通信的速度和质量。

研究和创新高效的电磁场和电磁波的产生和传输技术,对于提高通信速度和质量具有非常重要的意义。

随着信息时代的到来,人们对于通信的要求越来越高,传统的通信方式已经无法满足现代化的需求。

因此,研究和创新电磁场和电磁波的技术成为当务之急,这不仅可以提高通信的速度和质量,还可以开发出更为高效和智能的通信技术,满足人们日益增长的通信需求。

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电磁场与电磁波的应用0 引言电磁场与电磁波简介: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。

所以,本文主要研究电磁场与电磁波在生活中的多项应用,其中,将主要研究电能的无线传输技术。

1 电磁场与电磁波理论的建立在电磁学发展的早期,人们认识到带电体之间以及磁极之间存在作用力,而作为描述这种作用力的一种手段而引入的"场"的概念,并未普遍地被人们接受为一种客观的存在。

现在人们已经认识清楚,电磁场是物质在一种形态,它可以和一切带电物质相互作用,产生出各种电磁现象。

电磁场本身的运动服从波动的规律。

这种以波动形式运动变化的电磁场称为电磁波。

库仑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。

安培等人又发现电流元之间的作用力也符合平方反比关系,提出了安培环路定律。

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。

1846年,法拉第还提出了光波是力线振动的设想。

法拉第提出的电磁感应定律表明,磁场的变化要产生电场。

这个电场与来源于库仑定律的电场不同,它可以推动电流在闭合导体回路中流动,即其环推动电流在闭合导体回路中流动,即其环路积分可以不为零,成为感应电动势。

现代大量应用的电力设备和发电机、变压器等都与电磁感应作用有紧密联系。

由于这个作用。

时变场中的大块导体内将产生涡流及趋肤效应。

电工中感应加热、表面淬火、电磁屏蔽等,都是这些现象的直接应用。

继法拉第电磁感应定律之后,麦克斯韦提出了位移电流概念。

电位移来源于电介质中的带电粒子在电场中受到电场力的作用。

这些带电粒子虽然不能自由流动,但要发生原子尺度上的微小位移。

麦克斯韦将这个名词推广到真空中的电场,并且认为:电位移随时间变化也要产生磁场,因而称一面积上电通量的时间变化率为位移电流,而电位移矢量D的时间导数为位移电流密度。

它在安培环路定律中,除传导电流之外补充了位移电流的作用,从而总结出完整的电磁方程组,即著名的麦克斯韦方程组,描述了电磁场的分布变化规律。

麦克斯韦方程组是在库仑定律(适用于静电)、毕奥-萨伐尔定律和法拉第电磁感应定律等实验定律的基础上建立起来的。

通过提取上述实验定律中带普遍性的因素,并根据电荷守恒定律引入位移电流,就可以导出麦克斯韦方程组。

J.C.麦克斯韦继承并发展了法拉第的这些思想,仿照流体力学中的方法,采用严格的数学形式,将电磁场的基本定律归结为4个微分方程,人们称之为麦克斯韦方程组。

在方程中麦克斯韦对安培环路定律补充了位移电流的作用,他认为位移电流也能产生磁场。

麦克斯韦方程组给出了电磁场运动变化的规律,包括电荷电流对电磁场的作用。

将麦克斯韦方程组、洛伦兹里公式和带电体的力学运动方程联立起来,就可以完全确定电磁场和带电体的运动变化。

因此,麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式构成了描述电磁场运动和电磁作用普遍规律的完整体系。

根据这组方程,麦克斯韦还导出了场的传播是需要时间的,其传播速度为有限数值并等于光速,从而断定电磁波与光波有共同属性,预见到存在电磁辐射现象。

2 在生产、生活上的应用2.1电能无线传输2.1.1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。

2.1.2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。

2.1.3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。

2.1.4无线电能传输技术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。

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。

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。

主要应用于:植入电子器件:如心脏起搏器、神经刺激器、全人工心脏等;交通运输以及水下、井下:如电动汽车、磁悬浮、海底探测、井下设备等;驱动机器人:如旋转关节、运动机器人等;电池充电:如手机、电动牙刷、电动剃须刀、笔记本电脑充电等日本已制造出卫星电站,位于地球静止轨道上,其发电能力达到500KW,距离地面36000km,微波输电就是把太阳能电池产生的直流电能,用微波管转换成微波波束,天线发射到地面接收站,再还原为交流电送到用户。

微波输电时,用于无线输电的微波束强度仅为5mW·/cm-2,比100mW/cm-2 的阳光强度小得多。

因此,微波无线输电十分安全,不会发生电离,不会使周围生物的基因发生变异。

在微波接收器下面甚至可以种植蔬菜。

但是地面接收天线面积很大,其功率密度低于安全标准,选2.45GHZ 的微波时,对环境和生态影响不大,但对通信和雷达、射电天文干扰很大。

微波输电技术的实际应用还有一些问题,大面积推广还需时日,但可以肯定,随着科技的发展,微波输电会有广泛的应用前景。

2.2生物电磁场保健在科学上,称超过人体承受或仪器设备容许的电磁辐射为电磁污染。

电磁辐射分二大类,一类是天然电磁辐射,如雷电、火山喷发、地震和太阳黑子活动引起的磁暴等,除对电气设备、飞机、建筑物等可能造成直接破坏外,还会在广大地区产生严重电磁干扰。

另一类是人工电磁辐射,主要是微波设备产生的辐射,微波辐射能使人体组织温度升高,严重时造成植物神经功能紊乱。

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