論生活電磁學(xué)現(xiàn)象和應(yīng)用的研究

平致濤 王圣男

摘要：電磁學(xué)是物理學(xué)的一個(gè)分支。電學(xué)與磁學(xué)領(lǐng)域有著緊密關(guān)系，廣義的電磁學(xué)可以說是包含電學(xué)和磁學(xué)，但狹義來說是一門探討電性與磁性交互關(guān)系的學(xué)科。

關(guān)鍵詞：概念意義;現(xiàn)象;日常應(yīng)用;

一、電磁學(xué)的概念和意義

電磁學(xué)是研究電和磁的相互作用現(xiàn)象，及其規(guī)律和應(yīng)用的物理學(xué)分支學(xué)科。根據(jù)近代物理學(xué)的觀點(diǎn)，磁的現(xiàn)象是由運(yùn)動(dòng)電荷所產(chǎn)生的，因而在電學(xué)的范圍內(nèi)必然不同程度地包含磁學(xué)的內(nèi)容。所以，電磁學(xué)和電學(xué)的內(nèi)容很難截然劃分，而“電學(xué)”有時(shí)也就作為“電磁學(xué)”的簡稱

二、電磁學(xué)的現(xiàn)象

主要是基于兩個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，即電流的磁效應(yīng)和磁場的電效應(yīng)。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，加上麥克斯韋關(guān)于變化電場產(chǎn)生磁場的假設(shè)，奠定了電磁學(xué)的整個(gè)理論體系，發(fā)展了對(duì)現(xiàn)代文明起重大影響的電工和電子技術(shù)。導(dǎo)線所載有的電流，會(huì)在四周產(chǎn)生磁場，其磁場線是以同心圓圖案環(huán)繞著導(dǎo)線的四周。使用電流表可以直接地測量電流。但這方法的缺點(diǎn)是必須切斷電路，將電流表置入電路中間。間接地測量伴電流四周的磁場，也可以測量出電流強(qiáng)度。

（一）電流的磁效應(yīng)

1、任何通有電流的導(dǎo)線，都可以在其周圍產(chǎn)生磁場的現(xiàn)象，稱為電流的磁效應(yīng)。

2、丹麥物理學(xué)家漢斯·奧斯特（H.C.Oersted，1777-1851）是康德哲學(xué)思想的信奉者，深受康德等人關(guān)于各種自然力相互轉(zhuǎn)化的哲學(xué)思想的影響，奧斯特堅(jiān)信客觀世界的各種力具有統(tǒng)一性，并開始對(duì)電、磁的統(tǒng)一性的研究。

奧斯特為了進(jìn)一步弄清楚電流對(duì)磁針的作用，于1820年4月到7月，費(fèi)了三個(gè)月的時(shí)間，做了六十多個(gè)實(shí)驗(yàn)，他把磁針放在導(dǎo)線的上方、下方，考察了電流對(duì)磁針作用的方向;把磁針放在距導(dǎo)線不同距離，考察電流對(duì)磁針作用的強(qiáng)弱;把玻璃、金屬、木頭、石頭、瓦片、松脂，水等放在磁針與導(dǎo)線之間，考察電流對(duì)磁針的影響……。并于1820年7月21日發(fā)表了題為《關(guān)于磁針上電流碰撞的實(shí)驗(yàn)》的論文，這篇論文僅用四頁紙，十分簡潔地報(bào)告了他的實(shí)驗(yàn)，向科學(xué)界宣布了電流的磁效應(yīng)。1820年7月21日作為一個(gè)劃時(shí)代的日子載入史冊(cè)，它揭開了電磁學(xué)的序幕，標(biāo)志著電磁學(xué)時(shí)代的到來。

奧斯特當(dāng)時(shí)把電流對(duì)磁體的作用稱為“電流碰撞”，他總結(jié)出了兩個(gè)特點(diǎn)：一是電流碰撞存在于載流導(dǎo)線的周圍;二是電流碰撞“沿著螺紋方向垂直于導(dǎo)線的螺紋線傳播”。奧斯特實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電流所產(chǎn)生的磁力的橫向作用，他在二十年前建立的信念，終于靠自己的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了。

3、安培定則又稱右手螺線管定則

（二）變化的磁場的電效應(yīng)

1、磁場電效應(yīng)（galvanomagnetic effect，magnetoelectric effect）是指載流導(dǎo)體處于磁場中時(shí)所發(fā)生的物理現(xiàn)象。

2、磁場電效應(yīng)主要包括以下幾種：

（1）霍爾效應(yīng)：將通電流的導(dǎo)體置于與電流方向相垂直的磁場中時(shí)，將產(chǎn)生一電場（霍爾場）E，E的方向與電流方向和磁場方向相垂直。E=RIH，式中I為電流密度，H為磁場強(qiáng)度，R為霍爾常數(shù)。 [1]

（2）磁阻效應(yīng)：對(duì)通電的導(dǎo)體或半導(dǎo)體施加磁場時(shí)，導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻將發(fā)生變化。普通金屬在室溫下，這種電阻變化為千分之幾，鐵磁性金屬為百分之幾，半導(dǎo)體的磁致電阻要大得多，而且與雜質(zhì)濃度和溫度有顯著的關(guān)系。

三、電磁學(xué)的應(yīng)用

1、一卡通

生活離不開貨幣，在校園不如用一卡通方便，刷一下就可以，一卡通就采用了電磁學(xué)的知識(shí)，其實(shí)他的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，實(shí)質(zhì)是以射頻識(shí)別技術(shù)為核心的非接觸式IC卡，卡內(nèi)主體就是一個(gè)集成電路芯片和一個(gè)感應(yīng)線圈（LC振蕩器）。當(dāng)一卡通放在與其對(duì)應(yīng)的讀卡器上時(shí)，產(chǎn)生電刺激勵(lì)，LC振蕩器產(chǎn)生共振，導(dǎo)通芯片工作，讀寫數(shù)據(jù)。

2、電磁爐

電磁爐是電磁波產(chǎn)生渦流的作用來加熱的，電磁波在我們生活中很重要的，無需明火，通電即可，熱效率很高，與其他的加熱廚具有明顯區(qū)別，電磁爐是利用電磁感應(yīng)加熱原理制成的電氣烹飪器具。通電后加熱線圈中有交變電流通過，線圈周圍產(chǎn)生一交變磁場，交變磁場的磁力大部分通過金屬鍋體，在鍋底中產(chǎn)生大量渦流，從而產(chǎn)生大量熱量，電磁爐的功率一般都在700w-1800w，它的結(jié)構(gòu)由外殼、高級(jí)耐熱晶化陶瓷板、PAN電磁線盤、加熱電路板、控制電路板、顯示電路板、風(fēng)扇組件和電源組成。電磁爐使我們生活帶來便利。

3、磁懸浮列車

磁懸浮列車是一種靠磁懸浮力（即磁的吸力和排斥力）來推動(dòng)的列車。由于其軌道的磁力使之懸浮在空中，行走時(shí)不許接觸地面，因此其阻力只有空氣阻力。

常導(dǎo)磁懸浮列車的驅(qū)動(dòng)運(yùn)用同步直線電動(dòng)機(jī)的原理。車輛下部支撐電磁鐵線圈的作用就象是同步直線電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁線圈，地面軌道內(nèi)側(cè)的三相移動(dòng)磁場驅(qū)動(dòng)繞組起到電樞的作用，它就象同步直線電動(dòng)機(jī)的長定子繞組。從電動(dòng)機(jī)的工作原理可以知道，當(dāng)作為定子的電樞線圈有電時(shí)，由于電磁感應(yīng)而推動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。同樣，當(dāng)沿線布置的變電所向軌道內(nèi)側(cè)的驅(qū)動(dòng)繞組提供三相調(diào)頻調(diào)幅電力時(shí)，由于電磁感應(yīng)作用承載系統(tǒng)連同列車一起就象電機(jī)的“轉(zhuǎn)子”一樣被推動(dòng)做直線運(yùn)動(dòng)。從而在懸浮狀態(tài)下，列車可以完全實(shí)現(xiàn)非接觸的牽引和制動(dòng)。

四、結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，促使電磁學(xué)逐漸走向新舞臺(tái)，并成為當(dāng)前社會(huì)發(fā)展不可缺少的一部分，電磁學(xué)的出現(xiàn)不僅將原本單一的電學(xué)與磁學(xué)結(jié)合成一個(gè)新的學(xué)科，還推動(dòng)了我國社會(huì)各個(gè)行業(yè)的發(fā)展，對(duì)我國發(fā)展具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1]宓選，王天易《場源與場和力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系在電磁學(xué)學(xué)習(xí)中的作用》

[2]張玲，高志軍《電磁學(xué)網(wǎng)上學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)建》中國電化教育2001年10期

[3]吳英，《中學(xué)電磁學(xué)知識(shí)點(diǎn)與大學(xué)電磁學(xué)部分理論的對(duì)比》喀什師范學(xué)院報(bào)2012年06期