时变电磁场的应用幻灯片.ppt
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1、时变电磁场的应用第1页,共19页,编辑于2022年,星期六一、时变电磁场定义一、时变电磁场定义二、时变电磁场产生原理二、时变电磁场产生原理三、时变电磁场微波应用三、时变电磁场微波应用四、时变电磁场的其他应用四、时变电磁场的其他应用第2页,共19页,编辑于2022年,星期六 时变电磁场的含义,顾名思义,即为时变电磁场的含义,顾名思义,即为场量随时间变场量随时间变化的电磁场。化的电磁场。电场的场量随时间变化时伴随有磁场电场的场量随时间变化时伴随有磁场,磁场的场量随磁场的场量随时间变化时伴随有电场。电场与磁场两者相互依存时间变化时伴随有电场。电场与磁场两者相互依存,互为因果互为因果,形成统一的电磁场
2、。形成统一的电磁场。静电场或静磁场是能够静电场或静磁场是能够独立存在的独立存在的,这是静态场和时变场的重要区别这是静态场和时变场的重要区别。某处的电。某处的电场或磁场一旦随时间变化场或磁场一旦随时间变化,就将以波的形式向四周传就将以波的形式向四周传播播,形成电磁波。形成电磁波。由于时变电磁场与静态的电场和磁场有显著的差由于时变电磁场与静态的电场和磁场有显著的差别,会出现一些由于时变而产生的效应。这些效应有别,会出现一些由于时变而产生的效应。这些效应有重要的应用,并推动了电工技术的发展重要的应用,并推动了电工技术的发展。时变电磁场定义时变电磁场定义第3页,共19页,编辑于2022年,星期六 基于
3、法拉第在静电场中提出的电磁感应定律,麦克斯韦基于法拉第在静电场中提出的电磁感应定律,麦克斯韦进行了大胆的猜想。并用数学的推理方法对法拉第的电磁感进行了大胆的猜想。并用数学的推理方法对法拉第的电磁感应定律进行了补充说明。从导体回路推广到任意回路,这不应定律进行了补充说明。从导体回路推广到任意回路,这不仅仅是拓展了电磁感应定律的应用范围,更为有意义的是,仅仅是拓展了电磁感应定律的应用范围,更为有意义的是,它拓展了电磁感应的长度与宽度。它拓展了电磁感应的长度与宽度。麦克斯韦方程表明,不仅磁场的变化要产生电场,而且麦克斯韦方程表明,不仅磁场的变化要产生电场,而且电场的变化也要产生磁场。时变场在这种相互
4、作用下电场的变化也要产生磁场。时变场在这种相互作用下,产生产生电磁辐射电磁辐射,即为电磁波。即为电磁波。这种电磁波从场源处以光速向周围传播,这种电磁波从场源处以光速向周围传播,在空间各处按照距场源的远近有相应的时间滞后现象。在空间各处按照距场源的远近有相应的时间滞后现象。电磁波还有一个重要特点,它的场矢量中有与场源至观察电磁波还有一个重要特点,它的场矢量中有与场源至观察点间的距离成反比的分量。这些分量在空间传播时的衰减远较点间的距离成反比的分量。这些分量在空间传播时的衰减远较恒定场为小。按照坡印廷定理,电磁波在传播中携有能量,可恒定场为小。按照坡印廷定理,电磁波在传播中携有能量,可以作为信息的
5、载体。以作为信息的载体。时变电磁场产生原理时变电磁场产生原理第4页,共19页,编辑于2022年,星期六时变电磁场的应用时变电磁场的应用1 1)概念)概念 在无线电频谱中,将在无线电频谱中,将300MHz-3000GHz300MHz-3000GHz的电磁波称为的电磁波称为微波。即波长为微波。即波长为1m0.1mm1m0.1mm的电磁波称为微波。的电磁波称为微波。2 2)特点)特点 似声性:微波波长与物体尺寸可以比拟时,具有似似声性:微波波长与物体尺寸可以比拟时,具有似声性(声波波长大于或略大于物体)。声性(声波波长大于或略大于物体)。似光性:当微波波长比物体尺寸小得多时,具有似光似光性:当微波波
6、长比物体尺寸小得多时,具有似光性。性。聚焦性:微波具有方向性强的特点,能量集中于某聚焦性:微波具有方向性强的特点,能量集中于某一方向,实现远距离通信,可制作方向性很高的抛物面一方向,实现远距离通信,可制作方向性很高的抛物面天线,且具有保密性强、抗干扰能力强等优点;可制作天线,且具有保密性强、抗干扰能力强等优点;可制作凸透镜、探照灯等;凸透镜、探照灯等;量子特性量子特性微波微波第5页,共19页,编辑于2022年,星期六似声性的应用有:似声性的应用有:a)a)做为做为号角天线号角天线,相当于声学中的喇叭(广播:声音扩散面大),相当于声学中的喇叭(广播:声音扩散面大)b)b)做为做为波导管波导管,相
7、当于声学中的传声筒(直筒),相当于声学中的传声筒(直筒)c)c)做成做成谐振腔谐振腔:相当于声学中的共鸣器(谐振腔与:相当于声学中的共鸣器(谐振腔与LCLC谐振回谐振回路像比拟)路像比拟)d)d)做成做成开槽天线开槽天线:相当于声学中的笛或萧(可用于漏泄通信、:相当于声学中的笛或萧(可用于漏泄通信、电磁测量)电磁测量)第6页,共19页,编辑于2022年,星期六似光性主要应用有:似光性主要应用有:a a)直线传播直线传播 微波中继通信(如电视、通信),无线电定微波中继通信(如电视、通信),无线电定位(位(GPSGPS)的应用等。)的应用等。b b)折射、反射、绕射折射、反射、绕射第7页,共19页
8、,编辑于2022年,星期六空间电离层结构空间电离层结构由于太阳紫外线及宇宙射线的照射使大气层产生电离,形成多层等离子体层由于太阳紫外线及宇宙射线的照射使大气层产生电离,形成多层等离子体层状结构,它是一种带电粒子,相当于金属导体又不完全相同。微波电磁波可以状结构,它是一种带电粒子,相当于金属导体又不完全相同。微波电磁波可以在松散的离子中绕行而穿透,而波长较长的电磁波,则不能通过电离层,即电在松散的离子中绕行而穿透,而波长较长的电磁波,则不能通过电离层,即电离层成为这种电磁波的反射面。离层成为这种电磁波的反射面。电离层对电磁波传播的影响。电离层对电磁波传播的影响。普通无线电波(普通无线电波(300
9、MHz300MHz以下的电磁波):以下的电磁波):电离层对普通无线电波产电离层对普通无线电波产生极强的反射(几乎为全反射),实现生极强的反射(几乎为全反射),实现环球通信环球通信。波长较短的电磁波微波:能穿透电离层,所以可实现宇宙通信,故称波长较短的电磁波微波:能穿透电离层,所以可实现宇宙通信,故称为观察宇宙之窗。在此基础上形成为观察宇宙之窗。在此基础上形成宇宙通信、卫星通信及导航、射电天宇宙通信、卫星通信及导航、射电天文学,遥控和遥测文学,遥控和遥测等技术领域。等技术领域。聚焦性的主要应用聚焦性的主要应用第8页,共19页,编辑于2022年,星期六电磁波具有电磁波具有波粒二重性波粒二重性:波动
10、性(传播)和粒子性(能:波动性(传播)和粒子性(能量子)量子)微波能量范围处于生物细胞精细能级之中,可改变生物细胞结构。微波能量范围处于生物细胞精细能级之中,可改变生物细胞结构。由此可以想象应用电磁波可能改变生物和人类的细胞结构甚至改变由此可以想象应用电磁波可能改变生物和人类的细胞结构甚至改变遗传基因等。遗传基因等。量子特性的应用。量子特性的应用。a)a)热效应热效应:特点特点物体内外同热(如微波炉),加热均匀,快捷物体内外同热(如微波炉),加热均匀,快捷 b)b)量子效应量子效应:生物效应:如生物快速生长,或杆壮或叶多,科学长寿生物效应:如生物快速生长,或杆壮或叶多,科学长寿 遗传学:如西红
11、柿种子,高产、红、甜等;如鸡多生蛋遗传学:如西红柿种子,高产、红、甜等;如鸡多生蛋 酿造业:如造酒酿造业:如造酒量子特性的主要应用量子特性的主要应用第9页,共19页,编辑于2022年,星期六电磁炉电磁炉时变电磁场的其他应用时变电磁场的其他应用 磁炉是一种利用磁炉是一种利用电磁感应原理电磁感应原理将电能转换为热能的将电能转换为热能的厨房电器。它有两种类型:一种是利用工频电流进行厨房电器。它有两种类型:一种是利用工频电流进行感应加热感应加热;另一种是利用另一种是利用1515kHzkHz以上的高频电流进行以上的高频电流进行感应加热。前者称为感应加热。前者称为 工频电磁炉工频电磁炉,后者称为后者称为
12、高频电高频电磁炉磁炉。工频电磁炉无需进行工频到高频的变换电路工频电磁炉无需进行工频到高频的变换电路,电路复电路复杂性较小杂性较小;但是但是,需要特殊的复合材料需要特殊的复合材料(一般为不锈钢、一般为不锈钢、铁、不锈钢、铝四层复合铁、不锈钢、铝四层复合)制成的烹饪锅具才能正常制成的烹饪锅具才能正常工作。高频电磁炉需要设置高频变换和控制电路工作。高频电磁炉需要设置高频变换和控制电路,但无需复合材料制成锅体。家用电磁炉一般采用高频模但无需复合材料制成锅体。家用电磁炉一般采用高频模式。式。第10页,共19页,编辑于2022年,星期六时变电磁场的其他应用时变电磁场的其他应用食品应用食品应用肉类制品的微波
13、干燥杀菌肉类制品的微波干燥杀菌各熟食厂家生产的各熟食店柜台上摆放的诸如:各熟食厂家生产的各熟食店柜台上摆放的诸如:五香猪蹄、动物的内脏熟食、火腿、西式红肠、各五香猪蹄、动物的内脏熟食、火腿、西式红肠、各类酱卤肉、鸡肉、鸭肉等等;其保鲜期均十分短、类酱卤肉、鸡肉、鸭肉等等;其保鲜期均十分短、一般最长也不超过三天就腐烂了。如果采用微波对一般最长也不超过三天就腐烂了。如果采用微波对其杀菌保鲜后,其鲜美度、嫩度、风味均保持原味,其杀菌保鲜后,其鲜美度、嫩度、风味均保持原味,保鲜期可达到保鲜期可达到3 3个月以上,已广泛应用于牛肉干、个月以上,已广泛应用于牛肉干、猪肉脯、鱼片、等肉制品的干燥、杀菌、保鲜
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