电磁场与电磁波各领域内地应用综述

电磁场与电磁波各领域内的应用综述

字体: 小中大 | 打印发表于: 2007-3-23 10:12 作者: 我的妮子来源: 微波技术网

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（如右图所示）。

阴极射线示波器

右图说明了阴极射线示波器（cathod - ray oscilloscope）的基本特征。管体由玻璃制成，并被抽成高度真空。阴极被灯丝加热后发射电子。阳极与阴极间有几百伏的电压差，电子朝向阳极加速。阳极上有一个小孔允许极细的一束电子通过。这些被加速的电子将进入偏转区，在那里它们产生水平和垂直两个方向上的偏转。

最后，这些电子轰击一个由能发射可见光的物质（磷）所覆盖的荧光屏的内表面。如果阳极和阴极间的电压差保持恒定，电子的偏转量与垂直偏转板间的电位差成正比。水平偏转板间的电位差，可以使电子在y方向上运动。

因此，电子束撞击荧光屏的点的位置依赖于水平和垂直偏转电压。

演示图参见此帖

/zskj/5019 ... cation/html/1_1.htm

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我的妮子(2007-3-23 10:13:30)

喷墨打印机

一种基于静电场偏转原理，可以提高打印速度，改善打印质量的新型打印技术已开发出来。这种打印机称为喷墨打印机。在喷墨打印机内，以超声频率振动的喷嘴按一定间距喷出非常细且大小一致的墨滴，如右图所示。这些墨滴在经过带电板间时，按照与要打印的字符成正比的方式获得电荷，由于两垂直偏板间电位差一定，墨滴垂直方向位移与所带电荷量成正比。若不使墨滴带电荷，则得到字符间的空白（此时墨滴

由储墨器收回）。在阴极射线示波器中，电子的水平位移是通过均匀改变水平偏板间的电位差实现的。而在喷墨打印机中，打印头以恒速水平移动，达到每秒100个字符的速率。

/zskj/5019 ... cation/html/1_2.htm

我的妮子(2007-3-23 10:14:39)

静电偏转原理也被应用于矿业来分选带异种电荷的矿物。例如，在一台矿砂分选器中，磷酸盐矿砂包含有磷酸盐岩石和石英。将其送入振动的进料器中，如图所示。振动使得磷酸盐岩石微粒与石英颗粒发生摩擦。

在摩擦过程中，石英颗粒得到正电荷，而磷酸盐颗粒得到负电荷。带异种电荷的微粒的分选由平行板电容器中的电场来完成。

我的妮子(2007-3-23 10:15:00)

磁分离器是静电场的一个重要应用，它是为分离磁性物质和非磁性物质而设计的。磁性物质和非磁性物质的混合物在传输带上匀速传输。传输带绕过磁性滑轮，后者由铁壳和激励线圈组成，该激励线圈可产生磁场。非磁性物质立刻落入一个仓室内，而磁性物质被滑轮吸住直到传输带离开滑轮才落下来。因此，磁性物质绕着滑轮往前转送然后落入第二个仓室。

我的妮子(2007-3-23 10:15:35)

高能带电粒子束，如质于或氘核，常用于所谓原子碰撞的实验中研究原子的内部结构，电用于加速带电粒子使之获得很高的速度，从而具有很高的能量。这种使带电粒子具有高能量装置叫加速器。

最常见的加速器就是电子枪，常用于阴极射线管中。用单个电子枪需要很高的电压才能使粒速度达到要求。然而用电子枪排成队列井使粒子依次通过，则只需要不高的电压。这时粒子通过一个电子枪就获得一份能量。这种由电子枪阵列组成的装置叫线性加速器。可以想象得到线性加速器是相当长的。

另一方面，回旋加速器只用一个电子枪，但使带电粒子一次又一次地通过它。最简单的回旋加速器由两个D形的铜质腔组成。一个高频振荡器跨接于两个腔。显然，只有两个腔之间的空隙中才存在电场，带电粒于也只有通过空隙时才获得能量。两个腔被密封在真空室中，以减小与空气分子碰撞而引起的能量损失。整个装置被放在均匀磁场中。

当电荷被缝隙的电场加速进入某一个D形腔时，加速过程开始，一旦电荷进入该腔，将沿半圆形路径运动。腔中没有电场，所以带电粒子速度保持不变。如果振荡器的频率与回旋频率相同，那么，带电粒子到达空隙的时候外加电压极性正好改变，缝隙中的电场方向随之改变，使粒子得到加速又进入另一D形腔，这时粒子运动的半径也就大了一些。这样，粒子每次通过空隙都获得一些动能，从而进入更大半径的运动轨道。这一过程一直重复到粒子从D形腔的边界射出。带电位子的动能与D形腔的半径有关。当磁通密度给定时，带电粒子的动能只能靠腔半径的增大而增大。但增大腔的半径，回旋加速器中电磁铁的体积和成本都要增加。

为了限制成本，可同时调整振荡器的频率和磁通密度使带电粒子轨道半径达到要求，这样的设计允许我们用环形电磁铁，就能节省一笔巨大的开支。

我的妮子(2007-3-23 10:15:55)

1879年霍尔设计了一个实验，测定给定导电材料中主要载流子的正负。他把载流片放在与一均匀磁场垂直的平面中，。如果是正电荷形成片中的电流时，正电荷的运动方向即为电流的方向，。因为正电荷运动的速

度与磁场垂直，所以正电荷将受到向片的b边的力。于是b边有正电荷过剩，同时a边将缺少正电荷。这就在两边间形成了电位差，被称为霍尔效应电压。磁流体发电机就是应用了这一原理。在这种发电机中，流动的热电离气体或等离子体通过一个置于与均匀磁场垂直的平面内的矩形通道，。等离子流中有带正电荷的离子，由于霍尔效应而偏向一边，在等离子体两边产生霍尔效应电压。根据图示的等离于体流及磁场的方向，等离子体流的右边形成电动势源的正端，而左边形成负端，此电动势源将在外部跨接的电阻中产生电流（见图）。为了保持良好的有电接触，通道左右两边必须用良导体构成，上下两边必须用绝缘体构成，以防止在通道四周产环流。

我的妮子(2007-3-23 10:16:14)

磁场对移动电荷的作用力也导致了无运动部件的所谓电磁泵的开发。电磁泵中唯一使之从一处到另一处不停运动的就是泵中的液体本身。这种技术目前已应用于核反应堆中，利用液体金属如钠、铋、锂等来为反应堆降温。同时，电磁泵还能用来输血而不会对心肺及人造肾脏中血红细胞造成任何危害。

电磁泵的最简单形式由放在磁场中的管道组成。视其用途的不同，管道中可承载液态金属或血液。当有图示方向的横向电流时，磁场合力将驱动电流沿沿内流动

我的妮子(2007-3-23 10:16:46)

磁悬浮列车的原理并不深奥。它是运

用磁铁“同性相斥，异性相吸”的性

质，使磁铁具有抗拒地心引力的能力，

即“磁性悬浮”。科学家将“磁性悬浮”

这种原理运用在铁路运输系统上，使

列车完全脱离轨道而悬浮行驶，成为

“无轮”列车，时速可达几百公里以上。这就是所谓的“磁悬浮列车”，亦称之为“磁垫车”。由于磁铁有同性相斥和异性相吸两种形式，故磁悬浮列车也有两种相应的形式：一种是利用磁铁同性相斥原理而设计的电磁运行系统的磁悬浮列车，它利用车上超导体电磁铁形成的磁场与轨道上线圈形成的磁场之间所产生的相斥力，便车体悬浮动物

运行的铁路；另一种则是利用磁铁异性相吸原理而设计的电动力运行系统的磁悬浮列车，它是在车体底部及两侧倒转向上的顶部安装磁铁，在T形导轨的上方和伸臂部分下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁的电流，使电磁铁和导轨间保持10─15毫米的间隙，并使导轨钢板的吸引力与车辆的重力平衡，从而使车体悬浮于车道的导轨面上运行。

磁悬浮列车与当今的高速列车相比，具有许多无可比拟的优点：由于磁悬浮列车是轨道上行驶，导轨与机车之间不存在任何实际的接触，成为“无轮”状态，故其几乎没有轮、轨之间的摩察，时速高达几百公里；

磁悬浮列车可靠性大、维修简便、成本低，其能源消耗仅是汽车的一半、飞机的四分之一；