电磁场与电磁波感想_电磁场与电磁波解读

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电磁场与电磁波

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赵倬毅 080260310 电磁场理论的应用

经过过一学期的学习，我们知道电磁场理论是工科电类专业的一门重要的技术基础课。它在物理电磁学的基础上，进一步研究了宏观电磁现象的基本规律和分析方法，是深入理解和分析工程实际中电磁问题所必须掌握的基本知识，很多实际工程问题只有通过电磁场才能揭示其本质。下面举例说明电磁场理论在实际工程问题中的应用。

1、电容式传感器

电容量和极板面积、极板间的距离，以及极板间所充的介质有关，改变其中任何一项，就可以改变电容量。利用这个特性，可以构成“电容式传感器”，它可以把物理量的变化转化为电容两的变化。如果把这个电容器接在桥式电路中或是一个振荡电路中，就可以把电容的变化，转化成电量的变化。经过放大处理，可以实现对于原物理量的检测或控制。图 1a、1b 分别为改变面积和介质的电容传感器原理图

1a(改变面积）1b（改变介质）

图 1 电容式传感器的原理图

由图 1a 得

利用这个传感器，可以用来测量物体得位移。故

在实际应用中，为了提高传感器的灵敏度，常常做成差动式传感器。例如图2 所示，为一变面积的差动式电容传感器，其中间为一动片，上下两个园筒是定片，当动片上升时，1 C 增大2 C 减小，当动片下降时则相反，所以动片位置的变化转化成1 C、2 C 的变化。若将其放于桥路中，就可以将电容的变化变换成电压的变化。

图 2 差动式电容式传感器的原理图

电容式传感器常常用于测量零件的尺寸、物位、位移的变化等等。

2、静电技术应用

任何事物都有两重性，给人们带来许多麻烦的静电能也能变害为利，它在静电分选、静电除尘、静电分离、静电植绒、静电纺纱、静电喷漆、静电复印等等方面大显身手。静电分选:是利用各种塑料不同的静电性能来进行分选的方法。利用静电进行分选，对于多种混杂在一起的废旧塑料需通过多次分选。静电分选法特别适用于带极性的聚氯乙烯，分离纯度可达99%。物料经馈料系统均匀散布在接地转动电极光滑表面上，荷电的物料与接地转辊电极交换，两种不同静电性能不同的物料有差异。然后荷电的物料进入分选区，在静电力、重力、离心力等的合力下落。完成两种不同电性物料的分离。

静电复印：现在静电复印得到广泛使用。静电复印机的中心部件是一个可以

旋转的接地的铝质圆柱体，表面镀一层半导体硒，叫做硒鼓。半导体硒有特殊的 光电性质：没有光照射时是很好的绝缘体，能保持电荷；受到光的照射立即变成 导体，将所带的电荷导走。复印每一页材料都要经过充电、曝光、显影、转印等 几个步骤，这几个步骤是在硒鼓转动一周的过程中依次完成的。充电:由电源使 硒鼓表面带正电荷。曝光:利用光学系统将原稿上的字迹的像成在硒鼓上。硒鼓 上字迹的像，是没有光照射的地方，保持着正电荷。其他地方受到了光线的照射，正电荷被导走。这样，在硒鼓上留下了字迹的“静电潜像”。这个像我们看不到，所以称为潜像。显影:带负电的墨粉被带正电的“静电潜像”吸引，并吸附在“静电 潜像”上，显出墨粉组成的字迹。转印:带正电的转印电极使输纸机构送来的白纸 带正电。带正电的白纸与硒鼓表面墨粉组成的字迹接触，将带负电的墨粉吸到白 纸上。此后，吸附了墨粉的纸送入定影区，墨粉在高温下熔化，浸入纸中，形成 牢固的字迹。硒鼓则经过清除表面残留的墨粉和电荷，准备复印下一页材料。静电除尘，具有效率高的优点，现在很多空气净化器就是用静电能吸除空气 中的很小的尘埃，使空气净化，静电在环境保护中能发挥重要作用。以煤作燃料 的工厂、电站，每天排出的烟气带走大量的煤粉，不仅浪费燃料，而且严重地污 染环境．利用静电除尘可以消除烟气中的煤粉．除尘器由金属管A 和悬在管中 的金属丝B 组成，A 接到高压电源的正极，B 接到高压电源的负极，它们之间有很强的电场，而且距B 越近，场强越大．B 附近的空气分子被强电场电离，成为电子和正离子．正离子被吸到B 上，得到电子，又成为分子．电子在向着正极A运动的过程中，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电，吸附到正极A 上，最后在重力的作用下落入下面的漏斗中．静电除尘用于粉尘较多的各种场所，除去有害的微粒，或者回收物资，如回收水泥粉尘。

3.恒定电场应用举例

当一定值电流流经被检金属试件时，试件两端的电位差应服从欧姆定律：

U=IR，由于电流I 为恒定值，故电位差U 仅取决于试件的电阻R。电阻R 是受 材料中许多因素影响的，例如试件的几何形状、尺度、试件自身的材质、试件是 否有缺陷存在、缺陷的尺度、方向等。利用电位差与上述因素之间的对应关系可 以实现对试件几何尺寸的测量；可以用于材质检验；缺陷检测及对裂纹深度的测 量等等。

裂纹深度测量原理：当电流从被检工件的检验部位通过时，将形成一定的电流、电位场。如工件表面存在裂纹，随着裂纹的形位、尺度的不同，它对电流电位场的影响也不同。利用测量电位分布的方法来判断金属材料中裂纹的状况，是电位法测量裂纹深度的依据。图3 所示是将四个电流电极（或称电流探针）分别直线排列放置在工件的无裂纹部位（a）和有裂纹部位（b）时的电流、电位场。一个恒定的电流通过电流探针A 和B 在工件中产生电流场和一个与材料的组成和结构特性有关的电位分布，通过另一对电极c 和d 可以检测某两点间的电位差，并在电压表上显示。假定与材料有关的影响因素和几何尺寸均相同，以相同的电 流分别在无裂纹和有裂纹的试样上测试，显然在测量极c 和d 之间无裂纹试样的 电位差与有裂纹试样的电位差之间的差异是由裂纹引起的。如果保持试验电流、被检工件材质、厚度不变，而只有裂纹深度变化时，则该电位差是一个裂纹深度 的函数，通过标定可将电测系统取得的电位差信号转化成裂纹尺寸，从而实现裂 纹深度的测量。

图 3 电流电位场