电磁学的应用.ppt

1、 by ShanHong磁悬浮列车磁悬浮列车我们知道，在电磁学里，当通给两个互相平行的线圈的电流同向时就互相吸引，反之互相排斥如果把许多对电流方向相反的线圈分别安装在列车和轨道上，列车就会悬浮起来，同样，在列车和轨道的适当位置分别安装许多对电流方向相同的线圈，由于互相吸引，可使列车前进。磁浮列车就是根据这一简单的电磁学原理设计而成若。将上述线圈改用超导线圈就得到一种能耗小，功率大的超导磁浮列车了。 home磁悬浮列车 新型磁浮列车主要的部件有超导电磁体；悬浮装置；推进装置；导向装置等。超导电磁体主要由超导电线圈和容纳它的超低温容器构成，超导线圈放在作为内槽的筒形容器内，内槽和超导电线圈周围空间

2、输入液态氮，使超导电线圈处于超导电态车辆起动时，由地面电源使车上超导线圈励磁，然后切断电源，超导线圈处于永久电流状态下工作。悬浮装置是在车厢上安置一系列超导电磁体，它的永久电流产生很强的磁场，车厢下方的轨道上安置一系列悬浮线圈（如闭合铝环），当列车行驶时，车上超导磁体的磁场被地面上的铝环切割，由于电磁感应，铝环中的感应电流的磁场和超导电磁体的磁场方向相反，互相排斥将列车悬浮起来悬浮高度可在 10cm 左右当列车减速或停车时，铝环中的感应电流变小或为零，浮力不足克服列车的重量，故仍需安装车轮以便支承列车，当列车高速运动时，车轮自动缩回。推进装置是在轨道两侧，装有一系列推进、导向两用线圈，通过计算

3、机控制，由地面上电源供给该线圈三相电流，其频率与车速相对应，使之获得移动磁场，移动磁场与列车上的超导磁体的磁场互相吸引，使列车前进。导向装置采用与悬浮同样的原理，不同的是需要把左右导向线圈进行电气连接，使得当列车位于轨道正中时，导向线圈的电流为零，偏离正中位置时，则及时供给相应的导向电流，此时，车上超导磁体的磁场与轨道两侧的导向电流的磁场相互作用，使列车重新回到正中位置。磁悬浮列车 磁浮列车是目前世界上技术最先进并且己经进入实用阶段的新型列车，与普通高速列车相比具有许多优越性：第一，速度高，时速可达500km 以上，预想在真空隧道中运行的磁浮列车时速可达 1600km。第二，能耗低。由于没有轮

4、子、无磨擦等因素，它比目前最先进的高速火车省电 30。在 500km/h 速度下，每座位公里的能耗仅为飞机的 1 3 l 2，比汽车也少耗能 30。因无轮轨接触，震动小，舒适性好，对车辆和路轨的维修费用也大大减少。第三，爬坡能力强，铁路坡度可达 100 （即每 1000m 铁路可以升高或降低 100m），可降低工程造价。第四，它在运行时不与轨道发生摩擦，目爬坡能力强，转弯半径小，所以发出的噪音很低，（只有当速度达到200km h以上时，才会产生与空气摩擦的轻微噪音）。它的磁场强度非常低，与地球磁场相当，远低于家用电器。因此，人们普遍认为磁浮列车是 21世纪最理想的地面交通工具。第五，安全系数高

5、。它的车厢下端像伸出了两排弯曲的胳膊，将路轨紧紧搂住，绝对不可能出轨。列车运行的动力来自固定在路轨两则的电磁流，同一区域内的电磁流强度相同，不可能出现几辆列车速度不同或相向而动的现象，从而排除了列车追尾或相撞的可能。列车的整个安全系统可以相互检测，自动替补，这在其它交通工具是不具备的，因而它是一种高安全度的交通工具。磁悬浮列车 尽管磁悬浮列车技术有上述的许多优点，但仍然存在一些不足：由于磁悬浮系统是以电磁力完成悬浮、导向和驱动功能的，断电后磁悬浮的安全保障措施，尤其是列车停电后的制动问题仍然是要解决的问题。其高速稳定性和可靠性还需很长时间的运行考验。 目前直世界上对磁悬浮列车进行过研究的国家主

6、要是德国、日本、英国、加拿大、美国、前苏联和中国。美国和前苏联分别在上世纪70年代和 80年代放弃了研究计划，但美国最近又开始了研究计划。英国从 1973年才开始研究磁悬浮列车廊是最早将磁悬浮列车投入商业运营的国家之一。 1984年 4月，从伯明翰机场到火车站之间 600 m 长的磁悬浮运输系统正式运营，旅客乘坐磁悬浮列车从机场到火车站仅需 90 S。但 1995年，在运行了 11年之后被停止运营。对磁悬浮列车研究最为成熟的是德国和日本。我国在研制磁浮列车方面取得了很大成绩。 1996年 1月 29日西南交通大学的载人磁浮列车和 43m 长的试验线己经通过鉴定。1997年 4月，国家科委工业科

7、技司又在西南交通大学召开了 “都江堰市青城山磁浮列车工程试验示范线可行性研究 “评审会，专家们认为，我国在研制磁浮列车几项主要关键技术方面已经取得突破性进展，具备修建试验示范线的技术基础，我国拥有磁浮铁路的日子已经为期不远了。 计算机与电磁学计算机与电磁学磁记录计算机与超导home计算机与电磁学v 磁记录磁记录是现在使用得非常广泛的一种信息技术。它利用了铁磁材料的特性和电磁感应的规律。用来记录信息（如声音，图象或特殊信息）的铁磁材料常制成粉状而用粘结剂涂敷在特制的带，圆柱或圆盘的表面，称为磁带，磁鼓或磁盘。录音或录象时，需要一个录音磁头，它实际上是一个具有微小气隙的电磁铁（如图）。计算机与电磁

8、学v 录音时，就使磁带靠近磁头的气隙走过，磁头的线圈内此时将通入由声音或图象转化成的电信号，即强弱和频率都在改变着的电流。这电流将使铁心的磁化状态以及缝隙中的磁场发生同步的变化。这变化着磁场将使附近经过的磁带上的磁粉的磁化状态发生同步的变化，从而使磁粉离开磁头后，它的剩磁的强弱变化相应于输入磁头的电流的变化，也就是相应 于声音或图像信号的变化这样就在磁带上记录下了声音或图像 (如图 )。计算机与电磁学v 我们可以想象一下放音或放像的工作过程：让已录了音 (或像 )的磁带在磁头的气隙下面通过磁带上铁粉的剩磁强弱的变化将引起铁心内磁通的变化。这变化将在线圈内产生同步变化的感应电流很明显只要此时磁带

9、移动的速度和录音时磁带移动的速度相同，此时线圈中产生的感应电流的变化将和录音时输入的信号电流的变化相同将此电流放大再经过电声转换或电像转换就可以得到原来记录的声音或图像要想把已记录了的声音或图像抹去，只要在磁带通过时在磁头的线圈内通以等幅振荡电流就可以了，这就是消音录音磁粉和磁头铁心都是磁性材料，但它们是有别的，由于要起的作用不同，所以录音磁粉和磁头铁心所用的材料就不同磁粉要记录声音或图像，并希望加以保存，所以应该具有较大的剩磁和矫顽力因此磁粉应选用硬磁材料，即磁滞回线比较胖的材料。对磁头铁心来说，要求它能及时地准确地与信号发生同步的变化，所以要求它具有很小的剩磁，面且磁导率比较大因此，铁心要

10、选用软磁材料，即磁滞回线瘦，面且磁化曲线比较陡 (u大 )的材料另外，由于磁化曲线在微弱磁场范围内有弯曲，不是线性的，就容易使记录失真为了避免这一缺点，就在与输入录音信号的同时输入一个等辐振荡电流 (频率比信号的最高频率大 510 倍 )，称之为偏磁电流这样就能使要记录的信号只在磁化曲线的直线部分发生变化，从而减少了失真 计算机与电磁学v 计算机与超导v 现在的计算机技术越来越发达了，有人就会提问：计算机的运行速度越来越快了，它的发展会不会受到物理条件的限制？现实中随着集成电路芯片上元件密度不断提高，而整个主机又装在愈来愈小的空间中，那么各个层次上元件发散的热量又会对计算机造成潜在的威胁。有资

11、料说，计算机的功率密度已达到几瓦 /厘米 2的水平，相当于家庭炉灶上热水锅的功率密度。对于计算机的元件的散热问题，如果提高集成电路底板上的散热效率，或采用传热效率高的传热液体（如氟利昂）作成计算机的冷却系统，对此科学家早就有了超导计算机的设想，采用超导材料和超导器件来代替原来计算机中的半导体材料和器件。超导体在低温下没有电阻，这样就可以用超导材料来做计算机的内外传输连线，是一种最理想的不发热导线。超导材料除了做不发热导线外，还可以用来逻辑开关元件。超导逻辑开关元件是根据英国科学家约瑟夫逊在 1962年发明的超导隧道结。在两块超导体中间夹一层极薄的绝缘氧化层，约瑟夫逊发现，超导体内的电子对可以穿越绝缘层而产生导电电流。这就是超导隧道效应，又称 “约瑟夫逊效应 ”。而当外加电流超过临界电流 Ic时，超导体进入正常导体状态，这时超导隧道效应消失，器件处于截止状态。这种隧道结器件有导通，截止两种状态可用做逻辑开关元件。这种逻辑开关元件跟半导体开关元件相比，有着自己的优越性，由于从超导态向正常态的转变非常快，因此，这种元件的开关时间可能达到皮秒的数量级。这种器件的功率消耗很低， 大约为微瓦量级，因此，明显优于半导体开关元件。只是，因为超导计算机必须在低温状态下工作，这就对材料，器件等的要求比较高，也会给制备工作带来困难。另外，维持低温状态的费用还比较昂贵。