应用中的电磁学.pdf

应用中的电磁学应用中的电磁学 中国科学技术大学 万树德 中国科学技术大学 万树德 电磁学的应用是非常普遍和习以为常的事 涉及各 行各业各种不同领域 我相信每个人都可以列举出 许多例子 如果在上课时能够列举一些学生并了解的或者说鲜 为人知的应用的例子会提高学生学习的兴趣 我这 样做的教学效果是好的 这里介绍几种应用实例 在应用举例中 给出简洁正确原理图是重要的 1 电磁炮 电磁炮 轨道炮轨道炮 电弧受磁力 安培力 向前滑动 推动塑 料球一起运动 出堂时具有很高的速度 可以对目 标产生强大的动能伤害动能伤害 可以穿透装甲 80年代等 离子体所弹丸为30克塑料小球 穿透20cm的钢板 FIlB 美国曾进行过电磁炮打靶实验 电磁炮发射质量为 50克 速度为3km s弹丸 穿透25 4mm厚的装甲 是反坦克利器 简单考虑能量守恒 电容器储能可能得要 我知道 电容器可以摆满 满满一房间 可以摆满 个房间 陆地运输工具无 法拉动 大型军舰才能运输 无法用于实战 2 100m 2 1001000m 8 10 J 5 10 J 8 1 0 10 J 美国海军用3kg重的炮弹以7马赫 2500m s 的速度发 射 炮弹获得 初动能 放电电路等效为 LCR串联谐振电路 放电过程主要是电磁能相互转化 过程 真正转化为炮弹动能部分很少 几分之一 7 1 068 10 J 2 电磁炮 电磁炮 线圈炮线圈炮 通过电磁感应 金属质外壳的炮弹感应的涡流磁场与 放电线圈电流产生的磁场极性相反 磁相互作用推动 炮弹在炮堂向前运动 通过多极放电加速 出堂速度 可达第一宇宙速度 是电磁炮的另一种形式 称为线 圈炮 美国人利用它发射遮阳板遮太阳减小照射到地球的阳 光 来对付地球变暖 研制一种晶片 阳光照射可发生多折射现象 把这种 晶片抛洒在太空阳光通过它改变方向 从而减少照射 到地球的光强 这种晶片已研制出来了 利用线圈炮 发射太空 证明线圈炮的发射成本比火箭发射成本低很多 出膛 速度可以达第一宇宙速度 发射到太空没有问题 但 是晶片受强大惯性力的作用变成粉末状 实验失败 脉冲放电 在真空室内 产生感应电流 与线圈 电流方向相反 中心区 域的磁场减小到0 感应电流外侧磁场反而增加 感应等离子体电流受到向心的 磁场力 向中心压缩到中心一点 线 达到高温高密度 在 上世纪六七十年代就达到聚变温度 我们在实验室测到产物 中子 横截面的高速摄影分副照片 3 角向收缩装置 pinch 角向收缩装置 pinch 通过横截面垂直狭缝扫描照片 4 悬浮无坩埚冶金 悬浮无坩埚冶金 电磁感应原理在熔融冶炼物 质表面产生涡流 熔融体内 部涡流产生的磁场与线圈产 生的磁场相互抵消 在外部 涡流磁场和线圈产生的磁场 方向相同相互加强 涡旋电 流受到 指向中心 的磁力 在表面张力的共同 作用下与重力压强平衡 可 实现悬浮无坩埚冶金 FjB 坩埚做成铜质 良导体 双层水冷 式 纵向开缝 交流电流同时在分 瓣的铜质坩埚表面和熔炼的熔融物 质变面产生涡流 两电流在相接触 处方向相反 互为斥力 因为距离 近悬浮效果更好 Silicon ingot produced by electromagnetic casting Size 35x35 sq cm 3 8 m length 1 ingot 36 blocks Block 15x15x40cm 7 m long silicon ingot manufactured by electromagnetic casting 2 ton weight Plasma heating assisted EMC furnace 江苏能达公司出资 建在连云港 现已开始打桩 KIC株式会社 金子恭二郎先生担任 总工程师 美国CONSARC冶金设备公司负责加工坩埚 50 50cm 北京机电研究院负责机械和感应加热及总体 我负责等离子体加热及电源 我们设 计制造 实验装 置 获 得 5 N 的高纯 多晶硅 5 高斯计 高斯计 电流I恒定伏特 计用高斯刻度 6 磁流体发电 磁流体发电 在无线电技术中有着广泛的应用 弱信号 串联共振电路电压放大Q