物理学原理在工程中的应用

五、大地电磁法
• 利用天然电磁场的平面电磁波垂直入射地下时，不同频率 的电磁波具有不同的穿透深度( 频率越低，周期越长，穿 透越深) 的原理，通过选频手段，探测不同深度的地质结 构。
• 大陆内部地块边界、深大断裂带、古缝合带往往容易 受水、松散沉积物充填，导致自身电阻率的显著降 低， 而大地电磁测深的特点之一就是对低阻体敏感，因 此 该方法对揭示断裂带结构及延伸状态具有重要的指示 意义。大地电磁法一般可用来进行电性分层，查明深 大断层及深部地质构造。目前已广泛应用于 油气田、 煤田、地热田等工程领域的勘探和地震监 测。
• 小结 • 电磁净化技术具有设备简单，使用方便，避免带 来二 次污染，净化效果好，能分离小尺寸夹杂等一系 列优 点，适应于制备各种高纯金属，显著降低金属内 部缺 陷，提高金属材料表面质量跟尺寸精度，充分利 用我 国丰富的自然资源，节约稀少的自然资源。因 此，金 属电磁净化技术在我国金属材料行业中有很 广阔的应 用前景与推广价值。
四、电磁净化
• 20 世纪 80 年代人们开始研究液态金属电磁净化, 它是 借助于电磁力加速液态金属中非金属夹杂物的分离。 将充满熔融金属的陶瓷管置于变化的磁场中, 会在金 属中感生出频率和交变磁场一致的涡流, 涡流与感生 磁场相互作用产生指向轴心的电磁力。 • 非金属夹杂物的导电率比金属液小得多, 杂质中的流 密度非常小, 所受到的电磁力远远小于金属液本身, 夹 杂物会 受到相反方向的体积力的作用, 也称为电磁挤 压力, 并逆向电磁力方向迁移, 最后附着在管壁上而除 去。
• 电磁搅拌的实质就是在电磁力的作用下加速铸坯内液 态金属的运动, 从而改善液态金属凝固过程中的流动、 传热和迁移过程, 达到改善铸坯质量的目的。 • 在金属凝固过程施加电磁搅拌, 能有效改善凝固组织、 增加等轴晶率、减少非金属夹杂物、减轻偏析等缺陷。 • 结晶器电磁搅拌可有效改善连铸坯的中心缩孔, 在高 过热度浇铸条件下(大于 35℃)改善缩孔的效果明显。 结晶器电磁搅拌能有效改善高碳钢的中心偏析, 降低 铸坯中全氧, 并能有效去除钢水中的氧化物夹杂。
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参考文献 【1】电磁技术在金属材料科学与工程中的应用* 李桂荣 , 曹健峰 , 王宏明 , 夏小江 , 戴 起勋 , 赵玉涛 (江苏大学材料科学与工程学院, 镇江 212013) 【2】电磁技术在金属材料科学与工程中的应用 李 莹 长春建筑学院 吉林长春 130607 【3】电磁感应加热技术在塑料加工工业的应用 王光才 ( 洛阳金达石化股份有限公司, 河南 洛阳 471012) 【4】大地电磁法探测中条山隧道及断层的结构特征 唐海敏1 张吉振1 王 银1 陈 亮1 董 威2 ( 1． 铁道第三勘察设计院集团有限公司， 天津 300251; 2． 武汉市政工程设 计研究院有限 责任公司， 武汉 430023) 【5】金属电磁净化技术的发展与应用 刘洪昌， 李秋书， 张 炎， 郭 璐 （太原科技大 学 材料学院， 山西 太原 030024）
电磁技术的应用形式
• 按照电磁场生成方式的不同和使用形式的差异, 将电 磁场 在材料科学与工程中的应用形式分为:电磁搅拌、 电磁铸造、电磁制动、电磁净化、电磁感应加热、电 磁悬浮和强磁场技术等。
一、电磁搅拌
• 电磁搅拌是指利用电磁感应产生的作用力来推动液态 金属 有规律运动的过程。 就交流感应而言, 其原理同 异步电机相似, 由多相(两相或三相)线圈绕组产生行波 磁场或旋转磁场, 在导 电的液态金属中产生感应电流, 感应电流与磁场作用产生电磁 力, 对液态金属起搅拌 作用。
• 电磁技术是一门应用广泛、覆盖面广的综合性技术 , 广泛存在于物质世界。 进入20世纪后, 随着各个学科 的发展,电磁技术与各相关学科相互交叉渗透, 目前已 经应用到节能、环保、机械、医学、农业、生物、国 防等领域。 传统的磁学已经发展成基础磁学、材料磁 学、应用磁学和边缘磁学等多个分支。 • 电磁技术在新型材料制备方面的应用起步较晚, 但发 展迅速, 其应用范围仍在不断扩大, 目前已经形成多学 科交融、工艺手段多样且应用灵活广泛的研究领域。
物理学原理在工程技 术中的应用
班级：14090742 学号：1409074201 姓名：张三
电磁技术ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ化学与工程技术中的应用
• 电磁是丹麦科学家奥斯特发现的。电磁现象产生的原 因在 于电荷运动产生波动，形成磁场，因此所有的电 磁现象都离不开磁场。麦克斯韦关于变化电场产生磁 场的假设，奠定了电磁学的 整个理论体系，从而深刻 地影响着人们认识物质世界的思想。
二、电磁铸造
• 20 世纪 60 年代, 前苏联学者 Ge tselev 发明了电磁铸 造技术, 它是一种无模半连续铸造技术, 用单匝水冷铜 线圈电磁感应器替代普容连铸中的结晶器, 是利用电 磁力支撑和约束液体金属立柱成型的新型连续铸造工 艺。
• 当感应器中通入交变电流时, 产生交变电磁场, 磁场作 用于液体金属形成与方向相反的感应电流, 磁场与感 应电流交互作用产生指向线圈中心方向的电磁力。 液 态金属在这种电磁力支撑下以感应器内腔形状为基础 成型, 同时铸机带动铸锭下移, 液面上方不断供给金属 液, 感应器下端的冷却水喷向铸锭,使金属液冷却成型。 • 为了保证浇注液面平稳, 在忽略熔体表面张力时, 熔体 上的静压力应该与电磁压力相等, 并引入内部通水冷 却的不锈钢屏蔽罩屏蔽部分电磁力, 以保证液柱侧面 呈垂直状态, 此外, 它还有抑制溶液过度搅拌的作用。 在电磁铸造过程中，液态金属和感应器不接触, 在自 由表面的状态下成型, 并伴生电磁搅拌作用, 因此, 电 磁铸造比其普通铸造具有更加优良的铸锭表面 质量和 组织性能等。
三、电磁感应加热
• 电磁感应加热是指应用电磁场来加热金属的技术, 其 原理是根据法拉第电磁感应定律和焦耳-楞茨定律。 当铜制线圈内通入一定频率的交流电后, 电流在其周 围空间和导体内部激发出交变磁场, 处于线圈内部的 金属炉料内会产生感应电动势和感应电流, 因电流热 效应使得金属发热熔化。
• 用于感应加热的电流频率在 50H z～ 10M Hz 范围, 选择依 据是加热效率和温度分布。
总结
• 我国对于电磁技术的研究程度仍存在一定的空间，该 技术在应用中仍然存在着巨大的潜力。也就意味着需 要更多地科研人员 为此奉献出自己的力量，科技永远 是第一生产力。电磁技术如今在在各个领域中的应用 都是十分的广泛，因为其技术自身的优越特点也被越 来越多的技术人员所青睐，并延伸到自身的工作中去。 我们不能停止前行的脚步，需要不断的对该内容进行 更新、发展和推广。
• 案例研究概述 • 在山西运城地区开展 AMT 天然场音频大地电磁法勘 探，目的是查明中条山隧道土石界面及第三系碎石土 (砾岩)情况，及中条山北麓断层的位置、走向等。 • 大地电磁测深具有轻便、高效、价廉、能克服高阻 屏 蔽、勘探深度大( 几米 ～ 几十千米)，受场地限制小、 应用范围广等优点。天然源大地电磁法与传统物探方 法相比，具有不受地形限制、生产效率高、勘探深度 大的优点，在本次中条山隧道及断层勘探过程中，推 断出异常及不良地质体，满足了地质任务要求并查明 了隧道进口地质断层的情况，对铁路工程地质勘探具 有一定的指导意义。
• 当前我国电磁净化技术的发展方向主要有四个方面。 • 1.研究电磁过滤器的结构与过滤效率之间的关系，开 发有针对性的新型电磁分离器。 • 2.电磁能是一种洁净的能源,无需接触金属液而产生电 磁力，加快杂质与金属液的分离速度，降低金属制备 能耗。 • 3.电磁场一般与金属液无直接接触无需引入电极，避 免了其他净化方法对金属液的污染。在提高金属质量 的同时，既可以保护环境又可以降低设备投资的成本。 • 4. 电磁净化技术在分离微小夹杂物方面有着重要的作 用，这不仅提高金属材料性能和产品合格率，更 为发 展我国高质量金属材料提供了关键性基础技术。
• 案例研究概述 • 洛阳金达石化股份有限公司位于河南省洛阳市吉利区, 公司成立于1984 年, 现已发展成为涉综合性经济实体， 是生产塑料编织袋、塑料制品的专业厂家。大功率塑 料加工电磁感应加热节能系统,是将电磁感应加热原理 应用于塑料、橡胶等行业的节能系统, 替代塑料、橡 胶等行业中电阻丝加热工艺的节能系统。 • 系统采用磁场感应产生涡流加热原理, 利用高频交变 电流通过线圈产生交变磁场, 当交变磁场内的磁力线 通过被加热的金属材料时, 就会在被加热的金属材料 表面产生无数的小涡流, 使被加热的金属材料本身自 行高速发热。由于感应线圈与被加热金属并不直接接 触, 能量通过电磁感应进行传递。与电阻丝加热方式 相比减少了热传导和空气热对流的损耗, 热效率很高。