1、    淺談電磁場的性質及其應用    劉騏瑞關鍵詞：電磁波   電磁場性質   電磁場的應用一、電磁場概述電磁場是由內在聯系、相互依存的電場和磁場的統一體的總稱。隨時間變化的電場會產生磁場，隨時間變化的磁場也會產生電場，兩者互為因果，形成電磁場。電磁場是電磁作用的媒介物，盡管這種物質看不見摸不著，但它卻是物質存在的一種形式，它和平常時我們肉眼看得見的物體一樣，也具有能量和動量。電磁場可由變速運動的帶電粒子引起，也可由強弱變化的電流引起，不論原因如何，電磁場總是以光速向四周傳播，形成電磁波。電磁波是以波動形式傳播的

2、電磁場，可以對物質進行穿透，因此它在各個領域都有著廣泛的應用。二、電磁場的性質（一）電場的性質電場是電荷及變化磁場周圍空間里存在的一種特殊物質。電場分為兩類：靜止電荷在其周圍空間產生的電場，稱為靜電場;隨時間變化的磁場在其周圍空間激發的電場稱為有旋電場（也稱感應電場或渦旋電場）。靜電場是有源無旋場，電荷是場源;有旋電場是無源有旋場。普遍意義的電場則是靜電場和有旋電場兩者之和。電場的基本性質是對放入其中的電荷有力的作用。電場的強弱和方向用電場強度來表示，用公式來表示為         （e表示電場強度;f表示試探電荷在電場中受到的力;q表示試探電

3、荷所帶的電荷量）。（二）磁場的性質磁場會對處于其中的運動電荷產生力的作用，稱為洛倫茲力，其方向可由左手定則確定，大小可用公式              （q表示運動電荷的電荷量;v表示電荷的速度在與磁場垂直的方向上的分量;b表示磁場的磁感應強度）進行計算。洛倫茲力的宏觀表現是安培力，即通電導線在磁場中受到的力，計算公式為           （b表示磁感應強度;i表示通過導線的電流;l表示導線在垂直于磁場方向上的長度，即有效長度）。基于對電磁感應定律的闡述，由于磁通

4、量變化產生感應電動勢的現象，即只要穿過閉合導體回路的磁通量發生變化，閉合導體回路中就會產生感應電流，用公式表示為             （e表示感應電動勢;n表示感應線圈匝數;        表示磁通量的變化率）;                       （b表示磁感應強度;       表示v或l與磁感線的夾角，l表示帶

5、電導體在磁場中的長度的有效值，v表示切割的速度）;              （表示角速度）;                    （em表示感應電動勢峰值，即交流發電機的最大感應電動勢）。（三）電磁場的性質電磁場的性質、特征及其運動變化規律可由麥克斯韋方程組確定。電磁場的性質中摻雜著電場和磁場的性質，這與電場、磁場的深入研究有著密不可分的聯系。三、探究電磁場在各領域中的應用電磁場應用的廣泛性及其高度的穿透能力，能很好地滿足

6、人們在通信中對信息傳遞的需求，所以電磁場在日常生活中有著很好的應用。隨著電磁技術的不斷發展，其在各個領域的發展都呈現著良好的前景（一）電磁場在日常生活中的應用電磁場本身具備著極高的適用性，對于社會的發展和人們的生活有著極大的影響，在許多的日常工具中都有著電磁場的身影，人們的日常生活已經和電磁場密不可分了。譬如，在現代校園中被廣泛應用的校園卡，便是由射頻識別科技作為主要核心技術的一種非接觸式智能卡。其主體由一塊集成電路芯片和一感應線圈構成。與之相對應的讀卡器則是由更加高級的組件構成。當讀卡器對卡進行讀卡操作時，讀卡器發出的信號由兩部分疊加組成：一部分是電源信號，該信號由卡接收后，與本身的l/c諧

7、振電路產生共振，產生可以瞬間供給芯片工作的電能。另一部分則是指令和數據信號，指揮芯片完成數據的讀取、修改、儲存等，并返回信號給讀卡器，完成一次讀卡操作。除此之外，在人們日常使用的電磁爐中也有著電磁場的身影，電磁爐主要是利用了電磁感應加熱的原理，電磁加熱的原理是通過電子線路板組成部分產生交變磁場、當用含鐵質容器放置上面時，容器表面即切割交變磁力線而在容器底部金屬部分產生交變的電流（即渦流），渦流使容器底部的鐵原子高速無規則運動，原子互相碰撞、摩擦而產生熱能，從而對廚具進行加熱。另外，無線電廣播和電視也應用了電磁場。在無線電廣播中，先是將聲音中所含的信息進行處理，將其轉化為電信號，之后再憑借高速震

8、動的電磁場來將這些電信號進行向外輸送，目標地點再利用接收信號的機械對這些電信號完成接收，再通過相同原理的電磁場，將其再轉換回聲音信號，這便是整個無線廣播的信息傳遞與接收的過程。和無線電廣播相似，電視機主要是應用電磁場，進行影像的光信號和電磁信號間的轉換，以此來完成整個播放的過程。而當下發展迅速的共享單車也是利用電磁波來傳遞解鎖請求以及開鎖指令來達到遠程開鎖的目的的。電磁場在生活中的應用還有很多，例如電磁波良好的穿透性可以實現觀察隱蔽物體的行為，從而幫助人們尋找或者是檢測一些物品。這一點在交通航空等的安檢中得到了大量而廣泛的應用。還有藍牙音箱、電磁鎖、電鈴、霍爾元件以及現在各國都著力研究的磁流體

9、發電機等。（二）電磁場在醫療領域中的應用伴隨醫療領域和電磁場技術的發展，二者在某些部分有著極大的融合。眾所周知，醫院在進行一些身體狀況的掃描時，需要應用一些安全，對人類身體無害或傷害較小，且具備較強的穿透作用的技術。而我們在進行電磁場知識的學習中，可以得知倫琴射線穿透力強，且具備熒光效應等特點，因此便有了醫療領域的x光技術。憑借倫琴射線優質的穿透性質，以及對人類身體內一些元素進行區別分類的熒光效應，可以應用在醫療領域并完成許許多多的診斷調查項目，它是醫療領域最早也是應用最廣的電磁場技術。隨著醫療技術的發展，現代比較普遍的x光掃描、ct掃描和一些核磁共振機械，其中都有著電磁場的應用。除此之外，激

10、光醫療也是現代較為熱門的一種醫療技術。憑借光熱效應、壓力效應以及電磁效應的共同作用，使得在人體的某個局部位置生成兩百度以上的高溫，進而對人體部位進行組織切割和止血，還能對一些腫瘤和癌癥進行抑制，以此來達到醫療的目的。雖然電磁場在醫療領域有著極高的醫療作用，但是我們在應用的同時，仍要考慮其對于我們人體的一些危害，盡量做到在醫療領域科學合理地使用電磁場。（三）電磁場在工業中的應用自從電磁場對金屬的熱效應、力效應以及電磁磁流體技術的發現以來，人們就一直試圖將電磁技術應用于工業領域，以此來節省人力、能源和時間。譬如電磁起重機，它由盤形鋼殼和殼內的激磁線圈組成，用以吸取導磁性物料，又稱起重電磁鐵，通常掛

11、在起重機吊鉤上使用，其電纜隨吊鉤一起升降。按工作原理可分為電磁式和永磁式。電磁式靠線圈通直流電激發磁場吸料，斷電去磁卸料。此外，電磁技術還可用于金屬冶煉。電磁懸浮熔煉方法是利用高頻電磁線圈產生交變電磁場， 使處在交變電磁場中的導體產生感生電流， 并與電磁場產生相互作用力， 為實現對物體的懸浮， 常常采用倒錐形多匝串聯線圈， 為保持穩定懸浮， 要在懸浮物上部設置穩定線圈， 其電流方向與懸浮線圈的電流方向相反， 其基本結構形式如圖下圖所示。其中， n1為懸浮主回路線圈的匝數， n2為穩定線圈的匝數， n1+ n2= m， 通常情況n1> n2;d為主回路和穩定回路的匝間距;s為主回路和穩定回

12、路的平面間距;z為懸浮球體中心距主回路最初匝平面的距離;1為主回路的錐半角;主回路的最初匝半徑為b1= b;球體半徑為a;c為懸浮球中心到回路的距離。下部的倒錐形線圈用于產生懸浮力和對物料加熱，上面通有反有反向電流的線圈用于穩定懸浮的物料。此外，電磁場還可以用于金屬探傷、電磁軸承等方面，在很大程度上推動了工業的發展。（四）電磁場在科研領域的應用由于電磁場的特殊性質，可以被用于勘探以及使帶電粒子加速、偏轉等方面，因而在科研領域有著廣泛的應用。譬如，在使用電法勘探技術時有著電磁場的應用。電法勘探主要是根據礦物和石頭在電磁場中表現出的性質和其所蘊含的化學性質的不同，在一些人為或是自然形成的電場和磁場

13、中進行長時間的探究和分析，進而對其進行鑒別和挑選的工作，以此來完成一些人類自身無法完成的勘察探測的任務的方法。另外，在化學研究中常常要用到的質譜儀也是根據電磁場的特殊性質而制成的。質譜儀是根據帶電粒子在電磁場中能夠偏轉的原理，按物質原子、分子或分子碎片的質量差異進行分離和檢測物質組成的一類儀器。其中的同位素質譜儀由粒子源、速度選擇器（由兩帶電平行金屬板及處于板間的與電場正交的磁場組成）、偏轉磁場構成。比荷不同的粒子在通過速度選擇器進入偏轉磁場后運動半徑不同，根據粒子形成的質譜圖即可判斷粒子的比荷從而確定粒子是否為同位素。在原子物理的研究中，常常需要用一個高速、高能的粒子去轟擊另一個原子核，這便

14、需要對粒子進行加速，而直線加速軌道占地面積大且需要極高的電壓，難以實現，于是科學家們發明出了回旋粒子加速器，用來加速粒子。回旋加速器（cyclotron），是利用磁場使帶電粒子作回旋運動，在運動中經高頻電場反復加速的裝置，是高能物理中的重要儀器。它利用勻強磁場使粒子在洛倫茲力的作用下做勻速圓周運動，從而反復經過同一高頻交變電場，達到多次加速的目的。（五）電磁場在國防技術中的應用人類科學技術發展到當代，如今已經是以網絡技術為核心的信息化軍事時代，一個國家若想在國際上有著較高的國際地位，其科學技術必定要在國際領域占有一席之地。電磁技術目前在軍事上業已有著應用。例如航母上的電磁彈射器、電磁炮等利用電

15、磁彈射原理制成的設備，可以將飛機或炮彈在短距離內加速，從而實現發射。四、電磁場在未來應用的展望現階段，人們對于電磁場的認識并不算完備，但是隨著科學技術的發展，我相信電磁技術一定會在越來越多的領域有著更為廣泛的用途。同時，面對如今的軍事形勢，各國為了滿足射擊更加精準、操作更加靈活的軍事要求，紛紛在信息化武器的研發和應用上下功夫。如果我們對于國防技術中電磁場應用有著更加深入的認識，那么憑借電磁場的應用，我們可以對實際情況進行更好的探測，實現更加精準的打擊，甚至可以加強整個國防的指揮協作能力，進而提升我國的國防力量。五、結語總之，通過對電磁場性質和電磁場在應用這兩方面的研究分析，我們可以加強人們對于電磁場的掌握，以此來使得今后電磁場在人們的生活中有著更好的應用，也可以對電磁場的研究發展過程起到積極