电磁运动ppt 杭州电子科技大学数学实验中心

Dept.ofPhysicsDept.OfPhysics，HDU，人类历史上的科学技术革命，由战国时期的司南与地盘，一、电磁场理论之美，法拉第(M.Faraday1791-1867 )与麦克斯韦(J.K.Maxwell1831-1879 )从电磁场理论中确立是一个极其美丽的方程式，统一了当时众所周知的电磁光现象，使之成为古典物理学中令人羡慕的分支，引起了新的技术革命。 研究Dept.ofPhysics，1，静电和静磁，静电或静电电荷产生电场，电场作用于电荷的规律。 电荷种类：正和负。 电荷守恒定律：电荷可以从一个物体转移到另一个物体，在任何物理过程中电荷的代数和保留都不变。 库仑定律：同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。 Dept.ofPhysics，高斯定理：表示静电场的电力线以正电荷开始，负电荷，即静电场为活动场。 环量定理：静电场的环量等于零表示静电场沿任意封闭路径移动电荷，因为电场功能为零，所以静电场为非旋转电场。 根据库仑定律和电场强度的叠加原理，可以得出静电场的基本性质两个定理。 电流：电荷的方向性形成电流。 磁场：电流之间存在磁性相互作用，这种磁性相互作用通过磁场传导，即电流在其周围的空间产生磁场，磁场对置于其中的电流施加力。 电流产生的磁场用磁感应强度描述。 真空中稳态电流产生的磁场遵循VIO-savar定律。 Dept.ofPhysics，高斯定理：反映磁力线总是闭合的曲线。 环定理：磁场不是电势场，表示有旋转场。 关于、I、Dept.ofPhysics，2、法拉第的电磁感应法则，在通过被一个闭合的导体电路包围的面积的磁通变化时(不管该变化是由什么原因引起的)，在导体电路中产生电流。 法拉第电磁感应定律，Dept.ofPhysics，3，Maxwell的天才思想(JamesClerkMaxwell1831-1879 )位移电流：变化的电场也是电流，Dept.ofPhysics，麦克斯韦是19世纪伟大的物理学家1831年11月13日，麦克斯韦出生于苏格兰爱丁堡，他从小聪明，父亲是一位知识渊博的律师，麦克斯韦从小受过良好的教育。 10岁进入爱丁堡中学，14岁在爱丁堡皇家学会杂志上发表了关于二次曲线制图问题的论文，表现出了优秀的才能。 1847年麦克斯韦进入爱丁堡大学学习数学和物理。 1850年进入剑桥大学三一学院数学系，1854年以第二名成绩获得史密斯奖学金，毕业后在学校工作了两年。 1856年在苏格兰阿巴丁的马里萨里尔担任自然哲学教授。 1860年在伦敦王学院担任自然哲学和天文学教授。 1861年被选为伦敦皇家协会会员。 1865年春辞去教职回乡系统总结电磁学研究成果，完成电磁场理论经典巨着论电和磁，1873年出版，1871年被剑桥大学新设的卡文迪什实验物理学教授录用，负责着名的卡文迪什实验室建设麦克斯韦主要从事电磁理论、分子物理学、统计物理学、光学、力学和弹性理论的研究。 尤其是他创造的磁场理论，统一了电、磁学、光学，是19世纪物理学发展的最辉煌成就，是科学史上最伟大的综合之一。 麦克斯韦在热力学和统计物理学方面也作出了重要贡献。 麦克斯韦的严谨科学态度和科学研究方法是人类极其宝贵的精神财富。Dept.ofPhysics，麦克斯韦假设：无论导体或半导体电路的存在与否，变化的磁场都会在其周围的空间中产生闭合电力线的电场，并诱导电场：Dept.ofPhysics，4、电磁场理论的精确数学语言简洁精确的数学语言表现科学概念、科学理论的重要形式： Dept.ofPhysics赫兹是电磁波、电磁波谱、二、电磁理论与电磁波的应用(一)电报发明、Dept.ofPhysics、1、电报发明的前奏、理论基础的确立1820年，丹麦物理学家埃尔斯特在电流实验中首次将电与磁联系起来， 发现电流磁效应的同年法国物理学家安培提出“应用电磁效应传递信息”的构想，法拉第在1831年发现电磁感应法则表明电磁学的创立。 用电和磁传达信息孕育了电报发明的成长点。 电报发明的先驱们为了达到这个伟大的目标，进行了许多困难的实践探索。 Dept.ofPhysics，电信实验操作。 1736年苏格兰戈登用轻质电荷排斥力的电信号装置。 1753年，摩尔森设计静电电报1790年，法国佳普发明视力信号机1804年，西班牙夏尔巴开发了第一台电化学电报机。 1809年，德国赛梅林、英国大卫等人在开发化学电报机的1822年，斯金开始开发单针电报机，俄罗斯科学家许林格在设计代码式电报机的1831年，奥尔巴尼的亨利以电磁吸引原理接收了电信号。 1833年，德国科学家高斯和韦伯开发了可在实验室使用的电磁式电报机。 1836年，英国发明家库克与物理学家惠斯特姆合作，试制了实用的5针式电报机。Dept.ofPhysics，2、索电报的登场，(1)摩尔电报机摩尔斯从美国的优秀画家成为着名的电报发明家，1826-1842年，他担任美国画家协会的主席。 莫尔斯电码，1837年，莫尔斯电码研制成功。 这是世界上首台被正式命名为“电报机”的装置，现在该装置被称为“摩尔电报机”。 在莫尔斯的领导下，世界上第一条实用的电报线路在华盛顿和巴尔的摩之间开通了。 1844年5月24日，这是人类通信史上罕见的一天，在伟大的历史时期到来，摩尔斯在国会议事堂联邦最高法院会议室，向受邀的科学家、政府官员介绍了实验原理，向64公里外的盖尔发送了历史上第一封长途电缆电报。 电文说：“上帝创造了什么奇迹！ ”自此，摩尔电报机风靡世界，电报从实验研究最终成为实用通信手段的人类通信史又翻开了新的一页。 Dept.ofPhysics，(2)海底电缆的铺设，1850年的第一条海底电缆成功铺设于英法之间的多维尔海峡，1854年的年轻物理学家威廉姆森经过一年的深入研究，解决了信号衰减的重大理论问题， 1856年成为长距离海底电缆铺设工程的创始人，大西洋海底电缆公司成立，汤姆森作为苏格兰股东的理事，首次参加大西洋海底电缆铺设，1857年连接欧美大陆的第一条海底电缆完成，1866年4月，汤姆森依然负有重大责任，主持沉放工作所有的海底电缆铺设工程经历了4次，整整进行了10年。 一步一步是鲜血，十年的辛劳可谓罕见，Dept.ofPhysics，3，无线电报的诞生，赫兹发现电磁波不到十年，意大利工程师、青年物理学家马可、俄罗斯科学家波夫实现了无线通信，开创了人类通信事业的新纪元。 无线电技术是谁发明的？马可尼还是波波夫？无线电技术发明史上有公案。波夫于Dept.ofPhysics，1895年5月7日制作了无线电接收机雷电指示器，于波夫，1896年3月24日又实现了距离约250米的无线电通信，世界上首次成功传输具有实际内容的无线电电报，展示了无线电技术的诞生。 1894年，意大利青年马可也开始了利用电磁波传输实现无线通信的研究。 马可尼，Dept.ofPhysics，1897年冬，马可尼成功将收音机用于商务之后，也进行了体育实况报道。 1898年，他又把通信距离增加到100公里以上，那时博波夫的无线传输距离只有40公里。 1905年5月4日在美国宣布电台发明权为马尔科尼，马尔科尼获得了1909年的诺贝尔物理奖。 一个多世纪过去了，波波夫被认为是广播技术的第一个发明者，马可是广播实用电报技术的发明者，他们都是“广播之父”。 Dept.ofPhysics，传统轨道式铁路在高速行驶中由于车轮与轨道的阻力大幅度增加，有速度限制值，其最大时速为380公里，而且实际上由于噪音、振动、轨道磨损等因素，有数据表明该最大速度实际上是不可能的。 人类追求速度的眼睛正朝着摩擦阻力大幅减少的磁悬浮。 1922年德国赫尔曼肯普提出了电磁悬浮的原理，1934年申请了磁悬浮列车的专利，为人类创造了更快迁移的梦想。 (二)磁悬浮技术，Dept.ofPhysics，磁悬浮列车是一种支撑磁力的新型交通工具，其核心是磁悬浮技术，通过列车磁铁与地面轨道磁铁的相互作用从地面悬浮，大幅减少了行驶中的摩擦阻力。 Dept.ofPhysics :经过数十年的发展，目前磁悬浮技术已经形成了代表德国和日本的两个研究方向EMS系统和EDS系统。 德国认证的EMS (常导磁率吸引型)系统利用吸引普通电磁铁和一般铁性物质的基本原理，吸引列车使其浮起。 日本的EDS (反弹式悬浮)系统采用超导磁悬浮原理，在车轮与轨道之间产生排斥力，使列车悬浮运行。 Dept.ofPhysics，目前车型均达到500公里左右的时速，两种方案均可切实执行，谁优谁劣都无法确定。 典型的EMS型系统、Dept.ofPhysics、EDS型轨道、超导线圈是磁悬浮列车最重要的设备之一，与u型列车行驶导槽中设置的推力、悬浮、感应线圈一起使列车悬浮、推进、获得感应力。 (超导线圈、车载超低温制冷系统、磁屏蔽技术)、Dept.ofPhysics、德国实验机车、Dept.ofPhysics，但将图纸上的美好前景变为现实的地理空间线路却面临着诸多困难：首先是安全性。 磁悬浮系统必须通过电磁力完成悬浮、感应和驱动，因此停电时列车的安全已成为需要考虑的问题。 另外，在高速状态下运行时，列车的稳定性和可靠性也需要长期的实证检查。 其次是建设时的技术课题。 列车运行时需要在特定高度悬浮，因此线路平坦度、路基下沉量等要求极高。 另外，如何避免强磁场对人体和环境的影响也不容忽视。 还有，Dept.ofPhysics，虽然没有解决技术问题的手段，但还有另一个问题美元。 上海段约30公里线路设计投资89亿元，德国两条线路，一条3.8公里长约16亿欧元，另一条78.9公里长约32亿欧元。 在实际施工中，地形的路面和设计运输能力不同，当然成本也有很大差异。不过，无论如何，一公里的路线一定要投资约3亿元，一厘米需要300元！ 这样计算的话，乘坐直线电动车就好像坐在金条线路上，Dept.ofPhysics，2005年末，在东京西部进行的测试中，日本的“直线电动车”列车的时速达到了581公里。 磁悬浮列车的开发现状：中国的“磁悬浮”，国防科技大学的磁悬浮列车测量速度，Dept.ofPhysics，中国拥有自主知识产权的MAS-3型磁悬浮列车， 长2.63米宽1.25米可乘6人原理：利用车载磁铁与轨道磁铁之间的吸引力和排斥力的共同作用产生悬浮力，具有“替代磁悬浮”的MAS磁悬浮模型车独特的优势： 1、悬浮力大， 无需控制和双向稳定(单位作用面积悬浮力比德国EMS型和日本EDS型大20 % ) 2，成本低，占地面积少，公里成本仅0.5亿元3，悬浮、推进、引导3个系统结构比较简单，能耗低，推进效率高，车辆自重轻， Dept.ofPhysics，3，第二次技术革命欧美从19世纪后半期到20世纪初电气时代的蒸汽机重，且效率低，起动不便，逐渐被内燃机、蒸汽轮机和燃气轮机所取代。 内燃机和其他一系列新型热机的出现，效率提高，启动方便，但产生的机能不能分散运输到各地的机床使用，只能适应汽车、机车、飞机、固定集中的机床。 科学和技术的发展已经完成了电能的开发和使用的准备，现代技术史上的第二次动力技术革命用电代替了直接使用蒸汽动力的革命。 Dept.ofPhysics，重要的一些事件是意大利科学家在1800年发明了电池二是丹麦科学家埃尔斯特在1820年发现了电磁效应现象三，英国科学家法拉第在1831年建立了电磁感应法则。 Dept.ofPhysics，法拉第电磁感应定律为首先打开电力学门，开拓电能应用于生产立下了伟大功绩。 当前电气时代的出现，主要来自法拉第的电磁感应定律。 1834年法拉第用u形磁铁和铜盘制造世界上第一台原始发电机的原型1845年英国物理学家惠斯顿首次采用电磁铁代替永久磁铁，世界上第一台以电磁铁为磁极的发电机1864年英国工程师威尔德提出了自激磁法，1866年德国维希曼从那以后工业用发电机投入了大规模的生产。 1870年比利时克改良了环形电子自激式发电机，能产生均匀的电流。 1880年爱迪生选择叠层铁为铁芯，大大减少了铁芯涡流的发热损失，达到了现代发电机的质量要求。 Dept.ofPhysics，发电机的发生是继西门子发动机之后，1876年贝尔(1847-1922 )发明了电话，1879年爱迪生发明了电灯，这三项发明照亮了人类实现电化的道路。 1882年，爱迪生电器照明公司建成了世界第一座发电厂，发电能力为900马力，用于7200个灯泡。 完成了电力工业技术体系。 几乎同时在欧美成立了多家专业电气公司，实现了电力技术产业化。 1889年，金融大亨摩根加入爱迪生电气公司，加快了美国电气化的步伐。 爱迪生的一生，是从美国落后的农业国转移到工业国，全面引进欧洲技术后，确立美国自身的技术体系的时代