电磁感应辐射精选(十四篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的14篇电磁感应辐射，期待它们能激发您的灵感。

篇1

关键词：高压输电线路；电磁辐射；小鼠；血液生化指标；肝功能

中图分类号：R-33 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2012）21-4827-03

Effects of Electromagnetic Radiation from High-voltage Transmission Lines on Haematological and Liver Function of Mice

ZHAO Hui-jun1，XU Xiao-hong2

（1. Power Supply Company of Xiaonan District in Xiaogan City， Xiaogan 432000， Hubei， China；

2. Hanchuan People’s Hospital， Hanchuan 432300， Hubei， China）

Abstract： The haematological and serum parameters， liver pathological changes induced by electromagnetic radiation from high-voltage transmission lines were on-spot studied in the electromagnetic field of high-voltage transmission. The results showed that after 12 hours electromagnetic radiation， the total white blood cell （WBC） number， the hemoglobin content and haematocrit in mice blood at high voltage station were apparently higher than the control group， but the red blood cell （RBC） number were apparently lower. The activity of alamine aminotransferase， aspartate aminotransferase and γ-glutamyl transferase （GGT） was increased after electromagnetic radiation. The activity of superoxide dismutase（SOD） in liver was reduced， and the content of malondialdehyde（MDA） was also trend to decrease. There was light degeneration in the liver tissue. A certain changes were also observed in such indices of the mice under the electromagnetic from transmission line.

Key words： high-voltage transmission line； electromagnetic radiation； blood parameters； liver function

自1979年有报道称小儿白血病与居住地靠近某些高压输电线路之间存在联系以来，高压输电线路电磁辐射是否对人体健康存在潜在危害一直是许多国家研究者和公众长期关注的对象。有研究表明电磁辐射不但影响碳水化合物的代谢及血液中葡萄糖的酵解，而且总蛋白的含量及其成分也有所改变[1-4]，且电磁辐射一个显著的作用就是能够改变人和动物细胞膜的通透性，改变离子和生物大分子的分布[5-7]。电磁辐射生物学效应的研究备受关注[8-11]，但对于血液和肝脏功能影响的相关研究报道甚少，为此本试验研究了高压输电线电磁辐射对小鼠血液及肝脏功能的影响。

1 材料与方法

1.1 试验场地

在湖北孝感及安陆的高压变电站和空旷的高压输电区，用精密仪器测量在高压电线距离地面1.6～2.3 m的场强分布大约是 3 500～ 4 000 V/m，高压变电站内场强分布大约是 6 000～ 8 000 V/m。本试验利用该电磁场实地研究了电磁辐射对小鼠血液及肝功能的影响。

1.2 试验动物及分组

从湖北实验动物中心购买健康雄性二级昆明小鼠72只，鼠龄（65±10） d，体重（27.42±2.42） g，72只小鼠分为对照组（24只）和辐射组（48只）。对照组小鼠不作任何辐射处理，辐射组小鼠分为高压电线组（24只，场强分布 3 500～ 4 000 V/m）和高压变电站组（24只，场强分布 6 000～ 8 000 V/m）。自由，辐射组分别在相应场地场强下进行全身辐射12个月。每组小鼠均自由饮水，不限量供应饲料，尽量保证室内空气清新，并每隔2d更换笼中锯木屑垫料，定期用消毒灵对饲养笼及环境进行消毒。

1.3 血液生化指标的测定

所有动物在饲养12个月后，分别对各组小鼠用剪刀剪掉其尾部1 mm，以带有10 μL刻度的毛细玻璃管取尾血，立即吹入10 mL血液稀释液中，混匀并防止血液凝固。用各指标试剂盒和全自动生化仪分别测量血液生物学指标和肝功能的相关指标，如白细胞（WBC）、红细胞（RBC）、血红蛋白（Hgb）、红细胞压积（Hct）、丙氨酸转氨酶（ALT）、天门冬氨酸氨基转移酶（AST）、γ-谷氨酰转移酶（GGT）等。

1.4 肝组织丙二醛（MDA）、髓过氧化物酶（MPO）和超氧化物歧化酶（SOD）测定

饲养12个月试验结束时用颈椎脱臼法快速处死各组小鼠，取肝，采用南京建成生物工程研究所生产的分析试剂盒对新鲜肝组织中丙二醛 （Malondialdehyde，MDA）、髓过氧化物酶（Myeloperoxidase，MPO）、超氧化物歧化酶 （Superoxide dismutase，SOD） 进行分析。

1.5 肝组织病理变化

于饲养12个月试验结束时用颈椎脱臼法快速处死各组小鼠，取肝，新鲜肝组织立即浸入10%中尔马林，经常规石蜡包埋、切片、HE染色，OLYMPUS显微镜下观察肝组织病理变化，摄像。

1.6 统计学处理

数据采用SPSS 17.0统计软件处理。

2 结果与分析

2.1 电磁辐射对小鼠血液生化指标的影响

电磁辐射对小鼠血液生化指标的影响见表1、表2。由表1可见，与对照组（CON）相比，高压变电站内电场组（EFOTS）小鼠血液参数白细胞、血红蛋白和红细胞压积含量增加明显，红细胞含量下降较明显；而高压电线电场组（EFOEW）小鼠白细胞、血红蛋白和红细胞压积含量略有上升，红细胞含量略有下降。由表2可见，与对照组相比，高压变电站内电场组小鼠血清生化指标中ALT、AST、GGT活力增加明显，而高压电线电场组小鼠血清生化指标中ALT、AST、GGT活力有较大增加，但不如高压变电站内电场组明显。高压变电站内电场组、高压电线电场组小鼠血清的ALT分别为（47.80±0.45）、（39.17±0.45）U/L，高于对照组的（34.60±0.65）U/L。高压变电站内电场组、高压电线电场组小鼠血清的AST分别为（182±22）、（149±12）U/L，高于对照组的（121±15）U/L。因为ALT和AST通常用于评价肝功能，所以二者的变化反映出经过长时间的电磁辐射后，小鼠的肝功能受到了一定的影响。此外，总白细胞数和红细胞数在试验组和对照组间存在差异，表明血液中的细胞组成也受到了电磁辐射的影响。

2.2 电磁辐射对小鼠肝组织MDA、MPO、SOD的影响

SOD、MDA和MPO是表征肝功能的常见指标，高压输电线路对小鼠SOD、MDA和MPO的影响见表3。由表3可见，与对照组相比，高压变电站内电场组和高压电线电场组小鼠SOD活力有所降低，MPO与MDA含量均有明显增加。表明电磁辐射可降低肝脏的抗氧化能力。

2.3 肝脏组织切片病理学观察结果

饲养12个月后，肉眼观察对照组小鼠肝未见异常，高压变电站内电场组、高压电线电场组小鼠肝脏切面呈灰白色或灰红色。肝脏组织切片病理学观察结果见图1，由图1可见，对照组（图1A）肝组织小叶结构完整，肝细胞板围绕中央静脉呈放射状排列，肝细胞轮廓清晰，胞质粉染，核圆形、居中，多为单核，可见双核。辐射后高压变电站内电场组（图1B）较之对照组和高压电线电场组（图1C）肝细胞胞质更疏松，着色浅淡、甚至透亮，核居中，肝细胞胞质内可见大小不等的空泡，核偏位。病变趋势由中央静脉向汇管区方向渐轻，严重者累及全小叶，偶见肝细胞点状或小灶状嗜酸性坏死。高压电线电场组肝脏胞质变疏松，肝细胞胞质内可见大小不等的空泡，病变趋势由中央静脉向汇管区方向渐轻，偶见肝细胞点状坏死。

3 结论

在220 kV变电站及输电线路实地研究长期的电磁辐射对小鼠血液及肝功能的影响，结果辐射后小鼠肝脏SOD、MDA和MPO变化及病理组织切片表明辐射对小鼠肝脏细胞造成伤害，较强的电磁辐射对小鼠血液、肝功能及肝脏组织有一定程度的不利影响，辐射越强影响越大。

参考文献：

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[3] KULA B， GRZESIK J， WARDAS M， et al. Effect of magnetic field on the activity of hyaluronidase and β-D-glukuronidase and the level hyaluronic acid and chondroitin sulfates in rat liver[J]. ANNALS Academy of Medicine Singapore，1991，24：77-81.

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收稿日期：2012-02-08

基金项目：中国博士后基金项目（20090460950）

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Abstract： With the rapid development of economy and technology，electronic equipment is more and more widely used in people's daily life. Charging problems of portable electronic products are in urgent need to be resolved. The paper combines mobile electronic devices with wireless charging system， and provides electricity for mobile devices， using the electromagnetic induction principle， so as to identify charging terminal intelligently and match wireless charging current automatically.

关键词： 无线充电；电磁感应；智能识别

Key words： wireless charging；Electromagnetic induction；intelligent identification

中图分类号：TN01 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）32-0034-02

0 引言

电子产业快速发展，各种各样的电子产品出现在市场上，随之而来的是越来越多的充电器。不用品牌的充电器不具备通用性，使得使用者携带及充电有很大的不便。无线充电技术可以较好地解决这个问题。

Qi是全球首个推动无线充电技术的标准化组织，它推出的无线充电标准具备便捷性和通用性。如果无线充电器满足此规范，那么所有满足此规范的手机产品都可以在这个充电器上充电。

1 无线充电技术的原理

目前无线电能传输技术主要包括三种：电磁感应方式、电波辐射方式和磁场共振方式。其中电磁感应方式[1]是以法拉第的电磁感应耦合定律为基础的，因磁通量变化产生感应电动势，闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，区别在于实现的是非接触式的能量传输方式，此种方式对线圈的位置及线圈的工艺较敏感；电波辐射方式通过天线的发射和接收过程中的电磁波传输电能；磁场共振方式是以共振原理为基础，通过两个振幅相同的物体之间完成能量的传输。

比较三种无线电能传输技术，电磁感应方式支持的功率较大，但允许的距离较短；电波辐射方式适合较长距离的传输，但是允许的功率较小；电磁共振方式支持的功率和距离介于两者之间，但实现较难。综合考虑，电磁感应方式最适合于目前便携式设备的无线充电。

2 无线充电系统的电路

在无线充电过程中，整个流程主要分为两个部分：充电器端和接收端。

充电器端流程主要实现的是手机的检测、温度的检测以及功率的发射等。当有金属物接触到电器端时，充电器会检测所放置的金属物是否为需充电物体，如果是，充电器会收到特定信号，并开始对需充电物体进行充电，否则，不进行充电。在充电过程中，如果收到充电物体发送的节点信号，立即进行确认，然后每5秒检测充电物体是否离开。在充电过程中，如果检测到充电器温度过高，立即停止充电。

接收端流程主要包括指示灯控制、检测充电过程、停止充电控制等。如果接收端收到充电器发来的检测信号，及时作出回应，然后等待充电器开始充电。当接收端检测自身电池已经充满时，向充电器端发送节电信号以停止充电。

尤其注意的是，在充电过程中，如果充电器端检测到电压或电流异常、温度过高等，应立即停止充电，并且指示灯闪烁。如果充电正常停止，则指示灯不闪烁。

2.1 充电器端电路 整套充电器电路主要包含电源部分，存储器部分，控制电路部分以及线圈。

电源的主要功能是将交流电转换为直流电，并通过电路转换得到特定的电流和电压。存储器主要功能是存储充电过程中的各种状态和各种参数。控制电路是整个充电系统中最重要的部分，主要功能是线圈控制、功率控制以及模数转换等。线圈是核心器件，主要功能是将电能转换为磁能并通过空间进行传输。充电器的工作原理图如图1所示。

2.2 接收端电路 接收端的电路主要包含整流部分、控制电路部分以及线圈。控制电路是接收端的中心，包括通信单元、功率控制单元以及模数转换器等。接收端的线圈与充电器端的线圈功能相反，主要完成将接收到的磁能转换为电能。接收端的电路如图2所示。

3 总结

本文研究的无线充电技术采用电磁感应原理，旨在解决便携式设备需经常充电但又不方便充电的问题，同时能够保证无线充电过程中的安全性。但是无线充电技术的实现还具有一些问题，需要进一步研究。

参考文献：

[1]孟庆奎.手机无线充电技术的研究[D].北京：北京邮电大学，2012：27-38.

[2]陈新，张桂香.电磁感应无线充电的联合仿真研究[J].电子测量与仪器学报，2014：434-438.

[3]熊承龙，沈兵，赵宁.基于电磁感应的无线充电技术传输效率的仿真研究[J].电子器件，2014：131-133.

[4]李松林.基于电磁感应耦合的无线电能传输研究[D].成都：电子科技大学，2012：10-13.

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关键词： 道路照明； 无极灯； 节能环保

中图分类号： U653.95 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2011）04-0089-01

现代化城市室外照明不仅仅是传统概念上对道路、广场功能性照明，还包括室外的纪念物、招牌广告、自然景点、建筑物、园林小品等的亮化、美化的景观照明。功能性照明是为了满足夜间视觉辨识的生理、心里需要及环境安全性提供的环境照明；景观照明则是运用灯光创造以观赏为主的艺术景观，是自然科学和美学相结合而形成的艺术化照明。

在目前全球能源警长的大环境下，我国照明用电量已占总用电量的10%-20%。按照我国提出的“中国绿色照明工程”，照明节电已成为节能的重要方面。尤其是城市室外照明已经成为现代文明的重要标志，作为城市基础设施设计的重要组成部分，在照明功能的体现之外它注重的是灯光亮度、色彩对比、表达的是景观环境，产生的是社会和经济的价值而不是照明的本身。科学节能的城市室外照明将是一个地区文化、科技水平和经济实力的综合体现。

一、电磁感应灯的工作原理及特点

电磁感应灯又叫无极灯，其中可分为高频无极灯和低频无极灯，且低频无极灯各项指标更优。顾名思义，无极灯就是没有灯芯的灯，大家都知道普通的白炽灯是依靠灯芯（电极）的燃烧来提供照明的，包括道路照明上用的比较多的高压钠灯、汞灯等都是有灯芯的，无极灯没有灯芯，靠什么来照明呢？靠的就是电磁感应原理。在环状的灯管外套着一对铁芯，铁芯上包着绕组，当绕组通交流电后，根据电磁感应原理，铁芯周围就产生了交变的磁场，变化的磁场产生感应电流，再利用耦合震荡原理将产生的高频电压注入到真空的玻壳或玻管里，使低压汞和惰性气体的混合蒸汽产生放电，辐射出紫外线，再通过三基色荧光粉转化为可见光。正是基于法拉第电磁感应定律的工作原理，电磁感应灯才有了诸多的优点：

（1）长寿命。由于电磁感应灯没有电极，从而有效的避免了电极燃烧的损耗，寿命一般可达到6万小时以上，比普通的白炽灯长100倍，即使对比寿命超长的美国GE的高压钠灯，也要高出一倍以上（GE的高压钠灯一般标称寿命为2.8万小时）。

（2）节能。电磁感应灯的功率因数很高，一般都在0.98左右，而高压钠灯即使在加装电容补偿后，功率因数也只能达到0.85左右，因此，电磁感应灯的节能效果是毋庸置疑的。另外，电磁感应灯的发光效率达到了80-85Im|W，属于高光效，虽然比金卤灯和高压钠灯稍低，但是用于室外照明也已足够。

（3）高显色性。电磁感应灯采用三基色荧光粉，显色指数Ra>80，在夜晚色彩还原性好，可以有效的帮助司机和行人分辨各类物体，增加道路交通的安全。色温范围较广，从2700K～6400K，而且有红、绿、兰、白、黄等多种颜色可选。

（4）无眩光、无闪烁。电磁感应灯的光源多采用高频（210-230kHz）电子镇流器来驱动，无闪烁。

（5）灯功率及电源电压的范围宽。电磁感应灯的功率现在可以做到20W～250W，无论在民用还是在工业用途中，它的适用范围都可以满足要求。另外，电磁感应灯的适用电压范围极广，从85V～277V，有着较好的通用性和稳定性。

二、电磁感应灯在绿色照明的重要作用

谈到绿色照明，首先要理解它的含义，绿色照明的科学定义是：绿色照明是指通过科学的照明设计，采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明电器产品（电光源、灯用电器附件、灯具、配线器材，以及调光控制调和控光器件），改善提高人们工作、学习、生活的条件和质量，从而创造一个高效、舒适、安全、经济、有益的环境并充分体现现代文明的照明。

绿色照明在我国并不是一个新鲜的课题，早在1998年1月1日，我国就颁布了《节能法》，在“十一五”规划中，绿色照明更是十大重点节能工程之一。我国的人均资源，特别是电力资源还是比较匮乏的，目前，我国照明耗电占全国总发电量的10-20%，相当于二个三峡发电站的发电量，因此绿色照明工程的节能意义就显得非常重大。

根据绿色照明的含义，除了科学的设计外，采用什么样的照明电器产品在绿色照明中有着举足轻重的作用，光源是能量转换成光的器件，是实施绿色照明的核心。对照“效率高、寿命长、安全和性能稳定”的要求，我们可以发现，无论在光效、寿命和安全稳定性方面，电磁感应灯都具有良好的表现，是绿色照明光源的绝佳选择。

三、电磁感应灯的发展及推广应用

电磁感应灯既然有如此众多的好处，那么为什么不大力推广加以使用呢？我分析原因有以下几点：

（1）电磁感应灯的推出时间不长，还没有被广大的使用者所了解。电磁感应灯目前还仅仅只是在专业的使用者中得闻其名，至于众多的使用者，根本是闻所未闻。

（2）电磁感应灯的价格不菲，目前还处在一个比较高的地位，和自镇流式的节能灯及路灯所用的高压钠灯相比，虽然有着众多的优点，不过短时间内还难以被广泛使用。

（3）电磁感应灯的质量还有待提高，国家标准亟待出台。目前，国家对于电磁感应灯还没有出台相应的标准，电磁感应灯的生产厂家良莠不齐，标准不一，导致用户对电磁感应灯的信任度不够，没有推而广之的积极性。

（4）电磁感应灯的灯具和安装方式和现有的路灯灯具不统一，不利于旧灯改造。

电磁感应灯要发展，可以采用试点工程的方式加以推广。在新建道路的路灯安装中，可以整条道路使用电磁感应灯，这样，即能够达到整条道路的和谐统一，也可以方便统计数据，查看节能效果，使广大使用者和人民群众能够了解电磁感应灯的节能功效，无形之中宣传了电磁感应灯的良好效果，配合完成了国家有关绿色照明示范岗工程的要求，达到一举多得的效果。

推广应用的方法：

（1）加大宣传力度，提高全社会绿色照明意识。要广泛深入持久开展绿色照明的宣传，提高全民的资源忧患意识和节约意识，增强全社会的照明节能意识和可持续发展意识。要充分利用新闻媒体和各种宣传手段大力宣传节约资源和保护环境是基本国策，大力宣传实施城市绿色照明工程的意义和目标任务，大力宣传绿色照明示范工程的成效和经验。通过各种生动活泼的宣传教育，吸引全社会广泛参与，使绿色照明工程逐步成为全社会的共同意识。

（2）坚持技术创新，推广普及绿色照明工程，要在满足城市照明的功能需要的基础上，坚持科技创新，加大设施投入和新技术、新光源的推广应用，做到安全可靠、科学合理、经济实用、维护方便，提高城市绿色照明的效率。在新建和改造过程中严禁和杜绝使用高耗能、低寿命、光污染严重的灯具和光源。推广使用高光效、高寿命、节能环保（如：无极灯）等的应用，保证城市照明功效达到节能效果。

（3）建设一批绿色照明示范工程，提升城市照明品位，全面推行具有环保、节能和人文特性的绿色照明工程。

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关键词：屏蔽；冲击波；电磁感应；屏蔽效能；干扰源

1、引言

当今科学技术突飞猛进，各种电气及电子设备数量正急剧增加，更使这些设备遍及千家万户。电子设备越来越精密，耐压水平越来越低，雷电、外电磁场等所引起的感应电压成为不可避免的危害。

闪电通道大约有几百米至几千米长，在先导主放电过程中，它们向外辐射高频和甚高频电磁能量，也就是雷电电磁脉冲。这会对电子设备等产生不可抗拒的干扰，甚至是毁坏。所以，为了使各种电子设备在现有的环境下，有限的空间、时间及频谱资源条件下正常工作，采取屏蔽并接地的措施就成为了必然。各种措施中屏蔽与接地是抑制与减少电磁干扰的重要措施。

2、雷电的冲击波和感应场

在发生雷击过程中，短促而强大的雷电流极其在空间产生的雷电电磁脉冲会通过传导、感应和耦合等方式在建筑物内部各电气系统中产生不同强度的瞬态过电压。在导致电气电子设备的毁坏的各种原因中，因雷击放电和与此相关的电磁感应在统计中列在首要位置。雷电电磁干扰主要通过两种方式传送到扰对象。一种是传导耦合，闪电干扰通过各种导线、金属体、电阻和电感及电容等阻抗耦合至电子设备的输入端，然后再进入设备。

2.1 雷电产生的冲击波。雷电波的侵入雷电袭击到远离建筑物的架空输线电路、通信线、各种金属管道或电视天线等高出建筑物的金属突出物上，从而产生高电位、大电流的雷电冲击波。冲击波沿着这些金属导体侵入建筑物内，它会危机到人身及设备的安全。

2.2 雷电感应。由于雷闪放电的强大电场和磁场的作用，在邻近导体上产生静电感应和电磁感应。

3、屏蔽技术的应用

3.1 电磁屏蔽。电磁屏蔽，主要被用于高频下，多采用低电阻金属，利用流过金属的电流而防止磁力线的互相干扰。电磁屏蔽是利用电磁感应的作用进行屏蔽，它主要用于防止在高频下的电磁感应。它同静电屏蔽一样，也是采用电阻小的金属，利用电磁场在屏蔽导体上所感应的涡流作用，屏蔽板接地实际就有静电屏蔽的作用。电磁场屏蔽。可以认为是由导体所流过的电流，进而产生磁通而形成屏蔽效果。流过电流所形成的电势，可认为是由磁通而形成的电磁感应的结果，也可认为是由电场强度形成的。

3.2 磁屏蔽。磁屏蔽，主要被用于低频下，多使用磁导率高的材料，防止磁力线的感应。电磁屏蔽在频率底的情况下，其效果并不大，因此在低频下往往采用磁导率高的材料进行磁屏蔽，磁屏蔽是利用高导磁体在磁场中，磁通会集中在磁性体内部的特性，被屏蔽的物体和屏蔽用的磁体距离靠近时，磁体因受高频波损失的影响，会使磁体的特性下降。

3.3 屏蔽在雷电防护中的应用。电缆屏蔽，屏蔽线和屏蔽电缆是各种电子装置中最常用的两个屏蔽体之间的连接导线。为保证柔软，易于弯曲，其外层屏蔽层通常用多股金属丝编织而成。屏蔽电缆可解决在雷电形成的复杂电磁场和冲击波作用下的以下几个问题：减少电缆感应的EMI辐射；减少电缆上的信号向外辐射EMI；减少不同电缆之间的串扰；减少几十千赫兹以上的共模阻抗耦合的影响。设备的屏蔽，主要依赖其外壳。对于屏蔽要求很高的设备，应设置专用的屏蔽室。设备外壳和屏蔽室的屏蔽体都应良好接地。

4、某局办公大楼的部分屏蔽

4.1 屏蔽效能的表示。屏蔽有两个目的：一是限制屏蔽体内部的电磁干扰越出某一区域；二是防止外来的电磁进入屏蔽体内的某一区域。屏蔽的作用通过一个将上述区域封闭起来的壳体实现。这个壳体可以做成金属隔板式、盒式，也可以做成电缆屏蔽和连接器地评比。屏蔽体一般有实芯型、非实芯型和金属编织带等几种类型。

4.2 某局办公大楼部分屏蔽措施。该建筑物位于城市的中心位置，本地年平均雷暴天数是58.6天。周围是智能大厦、交通等的集中区域，因此电磁环境污染很严重。该建筑物高36米，长15米，宽10米。楼顶已经安装一常规避雷针及避雷带用于直击雷的防护。此大楼内部分布有计算机机房、通信设备、中型交换机和配电系统，设计要求是建筑物内各种电子设备能够在存在雷电电磁场和冲击波干扰的环境下不毁坏而且能正常工作。此建筑为钢筋混凝土结构，防直击雷部分已经达到规范要求。

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电锅炉不会产生辐射。

电锅炉的加热方式有电磁感应加热方式和电阻（电加热管）加热方式两种，电阻加热方式又分为不锈钢加热管电锅炉和陶瓷加热管电锅炉，电阻加热方式即采用电阻式管状电热元件加热。

无论是电磁感应加热方式还是电阻加热方式，均不会产生辐射。

（来源：文章屋网 ）

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【关键词】电磁感应；ANSYS仿真；地热电缆

1.引言

地热电缆采暖是近年来出现在国内外的一种较新型的采暖方式。由于利用蓄热式地热电缆地板辐射采暖具有舒适程度高、使用成本低、环保无污染等优点，更受到大众的青睐。同时，大面积使用地热电缆采暖供暖还可以有效调节冬季夜间闲置电力，减少能源的浪费。我国南方地区也可以家庭或厂房为单位铺设，所以地热电缆采暖的普及已经成为当前采暖方式的重点发展趋势。

但是对于电缆故障的断点检测一直没有方便实用的技术和仪器出现。随着我国地热电缆采暖市场的逐年扩大，地热电缆的损伤修复问题也越来越突出。由于地热电缆铺装时预埋在地面混凝土之下，在施工和后期维护的过程中一旦电缆本身出现故障，维修起来相当困难。目前在国内针对地热电缆故障的定点检测仪尚属空白。业内普遍采用将地面混凝土整体破坏，再把整根电缆取出重新安装新电缆替代的办法进行维护。这种办法耗时长、不利于操作，还要破坏室内地面装修，维修成本高，造成了大量人力、物力的浪费，业主也不易接受。目前对于电缆故障的诊断方法主要有电容比对法、脉冲反射法等方法[1-3]。本文利用电磁感应原理，利用ANSYS软件进行了电磁场的仿真计算，在软件仿真的基础上设计了检测电路，可以在不破坏地面铺设的情况下，检测电缆故障点。

2.电磁感应原理简介

根据法拉第电磁感应定律，感应电动势E＝nΔΦ/Δt，n：感应线圈匝数，ΔΦ/Δt：磁通量的变化率。对载流I，长为L的直导线，其周围磁场为：

，其中，为场点到载流直导线的垂直距离，和分别为导线的电流流入端和流出端电流元与矢径之间的夹角，被测电缆可以看作无限长直线载流导线，则，，所以磁场。该系统的激励信号由1000Uf电容的充放电产生，结合电容充放电公式推导出该系统中励磁信号产生的感应电动势最大为：

，其中，：激励信号电压；：感应线圈的匝数；：感应线圈的面积；：地面或墙面的磁导率；：任一点到电缆轴线的垂直距离；：励磁电路中的充、放电电阻；：励磁电路中的充、放电电容。由此可知，当上述参数确定后，线圈中的感应电动势即可求出。

3.地热电缆电磁场仿真

常用的地热电缆为双芯电缆，以消除正常工作时的电磁辐射影响。一般的室内地热采暖系统整体结构如图1所示。从图中可以看出，从地面位置，即瓷砖之上，检测地热电缆的电磁场的电路设计难点在于磁场强度信号的强度。

利用有限元分析软件ANSYS的电磁场分析模块对图1所示的典型电缆铺设状态进行建模和仿真。根据地热电缆采暖系统布置情况，考虑到混凝土和空气对电磁场的影响方面的性能相像，在仿真模型中只考虑了通电电缆和空气两种材质和模型。施加不同的电压信号，得到的B-H值计算结果如图2、3所示。

从仿真结果图可以发现，在地面检测时，由于混凝土和瓷砖等物体的隔离距离很大，所以电流产生的磁场强度很微弱。而且B-H值跟信号发生器的电压关系比较大。

4.断点诊断电路设计

利用电磁感应原理，给地下电缆上加上一定频率的交流信号产生交变磁场，在地面上移动感应线圈，利用线圈内磁通的变化量产生感应电压信号来寻找故障点，将感应信号通过放大、滤波等处理后，用仪表显示出来或利用耳机听。在故障点，信号最强，当探头从故障点左右前后移动时，信号即减弱或中断，因此，信号最强处即为故障点。电路原理图如图4所示，根据发光二极管的变化可探测地热电缆故障点在地下的位置。由于地面附近的电磁场强度较弱，线圈采集到的信号需经放大后才能显示。这也是电路设计的重点和难点之一。然后经滤波和整流后，以LED灯显示的方式确定故障点位置。

5.实验

选用铜镍铬合金双导线地热电缆，上面依次覆盖聚苯乙烯泡沫保温板、水泥和瓷砖，电感线圈的电感量为0.01H，两端并联4700uF，根据公式，选频频率约为340Hz。实验测得激励信号的波形如图5所示。在距地面最远约为15公分处可以感应到信号，故障点范围半径在10cm以内。

参考文献

[1]姚旻,胡必宸.便携式电缆断点定位仪[J].淮南工业学院学报.2002,23(2):67-71.

[2]张栋国.电缆故障分析与测试[M].北京:中国电力出版社,2005.

[3]孙启飞.电缆检测技术的应用及提高[J].低压电器, 2010(1):49-51．

基金项目：浙江省大学生科技创新活动计划（新苗人才计划）项目（2011R409021）。

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篇7

在8月31日于北京举办的无线充电技术国际标准“Qi”首发仪式上,这个模仿无线充电过程的动作,让人联想到美国麻省理工学院的著名实验:2007年6月,马林•索尔贾希克领导的麻省理工学院研究团队给一个直径60厘米的线圈通电,点亮了2米之外连接在另一个线圈上的60瓦灯泡。

该实验在美国《科学》杂志上发表后,引起巨大反响,使得电磁感应发电这项诞生于100多年前的技术,再度进入大众视线,点燃了市场对无线充电技术的热情。

Powercast、WildCharge和Powerbeam等多家专门从事无线充电产品开发的公司相继浮出水面,马林•索尔贾希克也成立了一家名为WiTricity的公司,继续推进无线充电技术的改进和商业化。

2008年12月17日,WPC应时而生。不过,与麻省理工学院的实验方向不同,WPC认为远距离无线充电没有效率,倡导近距离电磁感应技术。

作为飞利浦公司标准化部门主管,WPC主席曼诺•特里夫斯希望将已经在飞利浦电动牙刷上实现商用的无线充电技术,应用在更为普遍的设备和领域中。

技术比拼

“充电牙刷主要是应用电磁感应技术,而麻省理工大学的实验来自电磁谐振原理。”中国科学院电工研究所前沿探索部顾问童建忠告诉《财经国家周刊》记者,“一直应用于传递信息的无线电波,也是无线能量传输的一种方式。利用天线实现发射和接收无线电波方式可实现80%以上的传输效率。此外,还可以靠激光束传输,但应用难点在于激光束需要有固定通道。”

不过,在目前无线充电主要的几种方式中,最为常见的还是电磁感应技术。“类似于传统的变压器,通过初级和次级线圈的互感作用产生电流。”童建忠介绍说,当两个线圈距离很近时,其中一个产生的磁场分布,将在空气中与另一个线圈勾连起来,感应出电动势,实现功率的传递。

而当线圈间距逐渐增大时,磁场能量会随距离的增加而衰减,传输随之受到影响,直到不再发生感应。而利用电磁谐振原理,可在稍远的距离上实现磁耦合,使得两个振动频率相同的物体之间高效地传输能量。

在实际的实验中,马林•索尔贾希克小组还使用了谐振天线。当发射端通电时,并不会直接向外发射电磁波,而是在周围形成一个非辐射的磁场,用来与接收端联络并激发谐振。一旦发射端与接收端频率相同,就会形成一个谐振系统,能量可以在系统内部传输,而不会对外面的物体产生影响。这同时解决了传输能量时的损耗问题。

2007年的公开演示中,利用电磁谐振原理实现的无线充电效率只能达到40%。

2008年8月,在英特尔开发者论坛(IDF)上,约书亚•史密斯领导的研究小组向麻省挑战,将基于电磁谐振技术的无线充电传输效率提升到75%。而马林•索尔贾希克也随即宣称已将传输效率提高到了90%,下一步研发目标将转向缩小线圈体积,同时增加传输距离。

随着无线充电成为技术比拼的擂台,各种无线充电产品也成为各种消费电子展上的常客。从戴尔Latitude Z笔记本的无线感应充电基座,到微软uPad无线充电板装置;从Palm Pre手机无线充电底座,到海尔“无尾”概念电视。各大消费电子厂商都在尝试引入无线充电功能。

而无论电磁感应还是谐振技术,得以实现的基石,都来自于迈克尔•法拉第在1831年发现的电磁感应理论,以及1890年尼古拉•特斯拉确立的无线输电构想。

“尽管各种技术的历史悠久,但我们现在才开真正了解无线充电解决方案的市场潜力。”市场研究公司In-Stat公司首席技术战略专家吉姆•麦格雷戈表示。

根据In-Stat的报告,到2014年,用于移动设备无线充电的市场收入将高达43亿美元。

应用难题

与之相比,国内无线充电研究和应用尚处于起步阶段,但从事手机无线充电产品的大小公司已不在少数。在国家知识产权局的专利检索页面,输入“无线 充电”字样,各种专利认证达63个之多,其中大多与手机无线充电技术相关。

在很多公司的宣传页面上,甚至可以看到各色山寨版的“线圈灯泡”实验,以证实其无线充电技术所言非虚。

“不是说两个线圈一弄,灯泡亮了,就是无线充电。”深圳市启欣科技有限公司无线充电项目技术负责人薛金海对《财经国家周刊》记者说,“基本原理大家都知道,但能否真正安全和高效地应用到手机上,还有很多难题需要解决。”

具体到安全问题,主要包括两个层面。一是如何保证电磁波只辐射到手机接收部分,不会影响到人体健康,或干扰其他设备;二是让电磁辐射在错误使用情况下不至于损坏电池和充电器,比如识别无线充电器上的异物,防止锂电池过热导致的变形或爆炸的危险等。

“这些都要通过大量的软硬件工作来实现。”薛金海表示,“在传输效率方面,号称能达到90%以上的不大可信。有线充电的效率大概也就是87%左右,对于无线充电来说,外壳的厚度也会影响到充电效率。在5mm厚度情况下,传输效率最高能达到70%。”

7月23日,WPC历时18个月,推出首个无线充电标准Qi,用于手机和数码相机等不超过5瓦的低功率设备。针对市场上主要采取的电磁感应技术,Qi标准在“界面规范、测试程序、最低性能要求”三个方面进行了规定。

不过WPC也承认,在市场发展上仍需分阶段逐步过渡,尚有很多问题待解决。

不确定的未来

“我觉得中国无线充电市场还没有形成,实际的接受程度怎么样还值得探讨。”薛金海说。

无线充电技术此前多应用在专业领域,需要保证产品密闭性的地方,如水下设备、体内医疗装置等。但面对庞大的消费级设备市场,这项处于起步阶段的技术,能否说服人们“摆脱最后一根线缆”,还是未知数。

据悉,WPC将在10月启动中等功率(不超过120瓦)技术规范的制定工作,以求将Qi继续拓展到笔记本电脑、上网本、电动工具、家用电器等更多领域。

但薛金海认为,在具体实现过程中,仍然面临很多新的技术课题。

篇8

前苏联著名教育家马卡连柯认为学生可以原谅教师严厉、刻板甚至吹毛求疵，但不能原谅他们不学无术.在新课程改革中，虽然教师的角色发生了较大的改变，但其主要工作还是教书育人，为此，作为“科学（物理学）界在课堂上的代表”，物理教师必须具备精湛的专业素养.

一般认为，教师的专业素养主要包括专业知识、专业技能和专业情意.

下面着重谈一谈物理教师必须具有深厚的专业知识和广博的知识背景.物理教师应该具备的专业知识既包括物理学学科知识，也包括进行物理课堂教学所必需的教育科学知识.其中，在物理学科知识方面，物理教师应比较清楚地理解物理学的完整体系，能正确熟练地掌握物理学中的基本概念和原理，了解和掌握与物理学科相关的背景、知识、材料及物理学的发展趋势.在教育科学知识方面，物理教师应了解并能灵活运用普通教育学、普通心理学和教育心理学等方面的知识，同时还应具有物理学科教育学、物理学科心理学、物理课程与教学论、教育测量与评价以及物理教育科研方法等领域的知识.新课程改革给中学物理教师带来的是全方位的挑战，这就要求物理教师“具有多元化的知识结构，不仅在知识的纵向有深度，在横向也应有宽度”.实践表明，在新课程改革中，物理教师只有具备深厚的专业知识和广博的知识背景，深入领悟物理新课程理念，才可能在教学过程中得心应手，使学生充分认识科学知识的价值，从而使他们积极主动地学习、探索科学知识；才能引导学生缜密地运用物理语言、规律、思维分析解决生产、生活实际中遇到的物理（科学）问题；才能带领学生创造性地开展探究性学习，更有效地培养具有创新精神和开拓能力的高素质人才.

下面举出一些在高中物理教学中青年教师的误区，通过深入剖析，以提升大家对物理学专业知识的认识.

问题磁通量发生变化，仅仅是闭合电路产生感应电流的充分不必要条件吗？

在讲授电磁学知识《电磁感应》时，人教版教材这样描述：“只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流”；而教科版教材描述“穿过闭合电路的磁通量发生变化时，这个闭合电路中就有感应电流产生”. 磁通量发生变化是闭合导体回路产生感应电流的什么条件？有些青年教师认为仅仅是闭合电路产生感应电流的充分条件，而不是必要条件，难道还有其他方式可以产生感应电流吗？听课与交流中，不少年轻教师认为：有.他们举出的案例如下：

案例一如图1所示，有一个足够大的绝缘水平板面，空间存在竖直向下的有界匀强磁场，闭合金属铜框ACMN竖直放置，其上部的一半处于磁场的外部， 上边框焊上一个微型灵敏电流计G，现水平迅速向右平移铜框，微型灵敏电流计G指针偏转，青年老师认为这是边框AC切割磁感线产生的感应电流，竖直铜框的磁通量没发生变化.所以“磁通量发生变化，仅仅是闭合电路产生感应电流的充分条件，而不是必要条件”，切割磁感线是产生的感应电流的另一个条件，到底是不是这样的呢？

困惑释疑请看图2，由于铜边框MN在有界磁场区外部，对切割磁感线无贡献，图1过程可以等效为图2情景，边框MN不动，迅速拖动下边框AC至A′C′，则从表面上看是边框MN切割了磁感线，但本质是穿过闭合电路的磁通量发生了变化，增加了AC C′A′的磁感线的穿过面积，从而增加了磁通量.

该情景可以按照教科书中的方式进一步简化如图3所示：铜边框AC在有界匀强磁场中，边框MN在磁场区外部，水平向右整体迅速拖动铜框.

所以回路有“部分导线切割磁感线运动”时，可以从“回路磁通量是否变化”判断，也可从“部分切割的导线所产生的电动势”来判断，但根据法拉第电磁感应定律本质是穿过闭合电路的磁通量发生了变化，所以法拉第电磁感应定律广义的存在.

案例二（源于真实探究实验）

如图4所示，有一个足够大的光滑铜板水平放置，空间存在竖直向下的匀强磁场，闭合金属铜框ACMN竖直放置，现把下边框AC剪去，仅留下上面三根边框，AC两端点与铜板良好接触， 上边框焊上一个微型灵敏电流计G，现在铜板上水平迅速向右拖动铜框，保持铜框竖直并与铜板良好接触并良好接通，则微型灵敏电流计G指针偏转，青年老师认为这是边框MN切割磁感线产生的感应电流，竖直铜框的磁通量没发生变化，为什么会产生感应电流呢？难道切割磁感线是产生感应电流的另一个条件吗？

困惑释疑如图5所示物理情景较为复杂，看着铜框ACMN没有闭合，但实质是通过下部的水平光滑铜板组成了闭合电路，边框MN切割磁感线，哪个平面的磁通量发生变化了呢？原来初态下虚线AC参与上部铜框组成了闭合回路，如图5所示，运动过程中AC两端点在铜板上滑动，直至图中A′C′处，这里等效形成了ACC′A′至C′M′N′A′的折叠直角曲面，单看竖立平面ACMN和A′C′M′N′，穿过它们的磁通量都为零，仿佛初、末位置的磁通量没发生变化，但穿过等效折叠直角曲面ACC′A′至C′M′N′A′的磁通量增加了，变化的面积是ACC′A′，故在折叠直角曲面ACC′A′至C′M′N′A′中产生了逆时针方向的感应电流（俯视图），所以从本质上来讲还是穿过闭合电路的磁通量发生了变化.

案例三在如图6所示的装置中，设N、S极中间的磁场是均匀的，矩形线圈H的平面与磁铁AA′面平行并向下移动.有的青年教师说：“线圈的BC边切割了磁感线，闭合的矩形线圈中应该有感应电流.”另外的则说：“通过线圈H的磁通量在线圈运动过程中没有发生变化，所以矩形线圈中没有感应电流.”到底哪种说法对呢？

回答是第一种说法对.因为线圈的BC边作切割磁感线运动，产生了感应电动势，所以闭合电路中就有感应电流.若根据穿过闭合电路的磁通量是否有变化，来判断回路中是否有感应电流，上述结论也是对的.因为任何磁感线总是闭合的，在磁铁外部，磁感线从N极到S极；在磁铁的内部，磁感线是从S极到N极.当线圈向下移动时，穿过线圈的磁感线条数也增加了，如图7所示.这说明穿过线圈的磁通量发生了变化，因而线圈中产生了感应电流.说线圈下移时，通过线圈的磁通量不变，是不符合实际情况的，所以得出的结论是错误的，所以本质还是穿过闭合电路的磁通量发生了变化.

案例四如图4所示，一个很长的竖直放置的圆柱形磁铁，产生一个中心辐射的磁场（磁场水平向外），其大小为B=k/r（其中r为距离柱轴的半径）.设一个与磁铁同轴的圆形铝环，半径为r0（大于圆柱形磁铁的半径），电阻为R，在磁场中由静止开始下落，下落过程中圆环平面始终水平.试求：圆环下落的速度v时的感应电流.

根据题意：圆环所在处在磁感应强度B=k/r0，且圆环的切割速度始终与所在处的磁场垂直，所以圆环的有效切割长度为其周长，即c=2πr0，切割磁感线产生的电动势E=BLv=2kπv，得出感应电流I=E/R=2kπv/R .

困惑得出的结论，显然没什么问题，但如果换个角度考虑，将会产生这样的疑问：圆环下落到任何一个位置时，图中所示的磁感线均与圆环平面平行，那么下落过程中穿过它的磁通量保持不变，怎么会产生感应电流呢？难道已经深入人心的产生感应电流的条件有误？穿过圆环的磁通量真的没有变化吗？

判断圆环下落过程中有无磁通量变化，首先我们要研究这个辐向磁场是如何产生的，图中的磁感线是辐射状的，而磁感线应该是闭合曲线，那么磁场的整体分布如何呢？

北京高考理综试卷24题为我们找到了答案.题目是这样的：用密度为d、电阻率为ρ、横截面积为A的薄金属条制成边长为L的闭合正方形框abb′a′.如图10所示，金属方框水平放在磁极的狭缝间，方框平面与磁场方向平行.设匀强磁场仅存在于相对磁极之间，其他地方的磁场忽略不计.可认为方框的aa′和bb′边都处在磁极间，极间磁感应强度大小为B.方框从静止开始释放，其平面在下落过程中保持水平（不计空气阻力）.

题目的第1问是假设磁场区域在竖直方向足够长，求方框下落的最大速度vm.

方框下落过程中，受到重力G及安培力F的作用.二力平衡时，方框达到最大速度vm.

这道试题给我们展示了辐射磁场产生的方式，只要我们把中间的磁极由方形变成圆柱形，两侧的磁极做成圆筒形围绕在圆柱体周围，在圆柱体和圆筒间留下缝隙，在磁极的缝隙间就可产生图8中所示的由中心向四周辐射的磁场.我们可以大致画出整体的磁场分布情况：

由图11可知，狭缝间的磁感线并不是由中心为起点辐射出去的，而是在磁极内外构成闭合磁感线，由于磁极间的距离很近，磁感线可近似看作是水平的；从俯视图中看起来，这些磁感线好像都是由中心向外辐射的.当套在中心磁极上的线圈向下运动时，磁极外部的磁感线与线圈平行，没有引起磁通量的变化.但中心磁极内部的磁感线却越来越密，使穿过线圈的磁通量越来越大，引起了感应电流.所以图8中的感应电流也是由于穿过圆环的磁通量发生变化引起的，开始认为线圈在下落过程中没有磁通量变化，只是考虑了磁场的局部，而没有考虑磁场的整体分布情况，所以从本质上来讲还是穿过闭合电路的磁通量发生了变化.

案例五高中物理教学要求中，在学习磁电式电流表的工作原理时，要遇到这种特殊的辐向磁场，如图12所示，在两磁极间有一个圆柱形软铁，由于软铁被磁化，在磁极和软铁之间就形成了沿半径方向的辐向磁场.

其内部为均匀的辐向磁场，不管通电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行.线圈所在处的磁感应强度的大小都相同.

困惑若将正负接线柱用导体连接之后，用手晃动电流表.此时，线圈的两对边做切割磁感线的运动，产生感应电动势，进而产生感应电流.此过程中线圈的磁通量始终不变吗？是否可以说，在这种情况下，闭合电路的磁通量未发生改变，但产生了感应电动势？

困惑释疑这种理解是错误的.

如图12所示，当逆时针晃动电流表线框时，线圈两边都切割磁感线产生感应电动势（不抵消），根据右手定则，可判定从而产生如图所示的感应电流.但在疑问中，闭合电路（线圈回路）的磁通量始终不变吗？答案是否定的.在这种情况下，闭合电路的磁通量时刻发生变化，所以产生了感应电动势，分析详见图13.

为了问题的简化好理解，我们把线圈的铁芯尽可能的缩小，若考虑线圈的铁芯，它具有较好的导磁性，磁感线的规范画法如图12所示，这里图13画出了大致的情景.电流表中的磁极如图13中的红、蓝色半圆所示，带箭头的线表示磁感线，显然，线圈（实心紫色矩形）在图中水平位置处穿过的磁通量为零，当线圈平面向左转或向右转时，在倾斜位置处穿过的磁通量不为零.

若线圈在竖直位置，穿过的磁通量是最大的.当线圈转动时，闭合线圈的磁通量发生变化故而产生了感应电流，所以说本质还是穿过闭合电路的磁通量发生了变化.

案例六如图14所示，一个有明显圆形边界的匀强磁场，圆形边界的半径为R，磁感应强度的大小为B，方向垂直于纸面向里，磁场随时间均匀增加，B=kt （k>0），磁场中有一个闭合三角形金属框架abc，试分析金属框中有没有感应电流？剪去边框ac、bc，只剩下水平棒ab，问ab两端有没有感应电动势？

根据法拉第电磁感应定律：ENΔΦΔt=BΔSΔt，故闭合三角形金属框架abc中有感应电流，这种产生的是感生电动势，进而产生了感生电流，没有导棒切割磁感线的运动仍然能产生电磁感应现象，所以磁通量的变化才是本质.那么，有人又有疑问：剪去边框ac、bc，只剩下水平棒ab， ab两端有感应电动势，又该怎样解释呢？

英国大物理学家麦克斯韦深入研究了电磁感应现象，根据法拉第电磁感应定律和电动势的定义推导出：

ε=∮L旋・d=-dΦdt=-ddtL・d

积分式中S是以闭合回路L为边界的曲面，当回路固定不变时，

ε=∮L旋・d=-St・d.

因为B即是时间的函数，又是空间变量的函数，所以这里要用偏导数.

篇9

近日，据国外媒体报道，美国杜克大学普拉特工程学院的两位学生发明了一种可以将手机WiFi信号转化成电流的新技术，有望在未来彻底取代手机充电器。此外，英国南安普顿大学的科学家目前正与诺基亚合作，希望共同研究利用闪电这一自然现象所产生的电压极不稳定的电流来为移动设备充电。那么，手机无线充电是不是指日可待了？

新型充电技术多为鸡肋

我们所期待的无线充电，可能真的就像蓝牙、WiFi一样，走到哪就可以充到哪，从根本上杜绝充电器和移动电源。但是，目前的无线充电技术却很难使这一“梦想”普及，衍生出了一系列各式各样的新型充电技术。

目前，手机太阳能充电器算是一种比较普遍的充电产品，价格多在一百到两百元不等。充电器将太阳能转换为电能后存储在蓄电池里面，调节电压从3.7伏到6伏，可以对MP3、MP4、iPad、数码相机和手机等产品充电。而专门的太阳能手机充电器则是直接将太阳能的能量转换为电能存储在太阳能手机充电器的内置电池里，在需要对手机充电时，太阳能手机充电器里的蓄电池将电能输出，对手机进行充电。

但是，太阳能充电器也有很多缺点。国家发改委能源研究所研究员姜克隽告诉记者，利用太阳能充电确实很容易实现又环保，但电量转换效率非常低，充电速度慢是它最大的鸡肋，仅适用于在阳光充足的情况下临时救急。而且，太阳能充电也并没有真正意义上脱离充电器，还是需要随身携带一个太阳能转换器。

此外，姜克隽介绍，手摇、纳米充电等也适用于没有电源线的时候充电，但是手摇的频率以及通过纳米摩擦产生的小输出率的电量也很难充满手机。

北京邮电大学电子工程学院的张洪欣教授也认为，太阳能以及手摇充电虽然很可行，但是手摇充电和太阳能充电与目前的技术有关，现在还达不到市场化的要求，即电量不好保证，很难获得市场。

看来，这些新型的充电技术看起来很潮，实际应用起来并不是很顺手，相较于用户彻底摆脱充电线的需求还相差甚远，它们始终不能代替用户对无线充电的需求。新型充电技术多为鸡肋，用户对手机无线充电时代的到来愈发期待。

充电革命还处于起步阶段

三年前，麻省理工学院研发出一种可以在空气中传导电流的技术，这意味着，在一台需要充电的设备如笔记本电脑和放电器之间，不需要任何物理接触。这种技术依靠磁场传导，科学家相信，该技术在不远的未来可以大规模运用。

一年前，连混合动力车都可以无线充电。有日本科学家展示了对混合动力车进行无线充电的新技术：一辆日产混合动力车，停在距离充电柱几米远的地方，借助电磁场导电，很快充上了电。虽然距离很近，但都给无线充电技术的应用普及带来了一丝希望。

目前，无线充电的技术大多借助了无形的磁场来传输电流，首先就是通过手机来普及的。

据了解，目前市面上还确实存在一种Qi标准无线充电器，而且淘宝上销售这类产品的商家已经超过2万。

Qi便是基于电磁感应原理进行输电的一项技术，这种充电器对手机有一定的要求。首先手机电池上必须有无线触点，然后在电池无线触点上吸附一个纸张薄厚的无线接收端，再将Qi无线充电器紧贴于无线接收端后面，就像把手机放在一个“电磁炉”上，便可以给手机充电了。如果是苹果手机这种电池不能拆卸的手机，就要在手机外面套一个无线接收端手机壳，手机壳要与手机充电接口相连，才可以实现无线充电。

据介绍，Qi现阶段的设计目的是为5W以下的电子产品提供无线电力供应，供电效率已有70%左右，相较常用的直流电源适配器72%的平均效率相差不远。但是，此款产品鸡肋的地方在于它并没有摆脱充电器的束缚，还必须将手机紧贴充电器，相较于有线充电，更不利于边充电边使用手机。

其实，Qi无线充电器的出现已经向无线充电革命迈进了一大步，可能百年之后它会被誉为无线充电技术的前身，Qi充电技术所基于电磁感应原理是目前最主流的无线充电技术的一种，虽限制不少，但基于电磁感应的无线充电技术也是目前最成熟的技术。

随着全球智能手机市场竞争愈演愈烈，无线充电成为各大手机制造商志在必夺的蛋糕。据统计，在年初诺基亚Lumia920、三星GalaxyS系列、谷歌Nexus4、HTC8X等都已上市且具备无线充电功能的智能机，它们都可以通过感应无线充电器充电。

但是如果想要不把手机放在“电磁炉”上，电磁感应充电技术恐怕要彻底革新。目前已知的其他技术有磁共振充电技术，可以让支持该技术的设备能够放在离电源最多几英尺开外的地方进行充电。磁共振充电基于与磁感应同样的发射器技术，但是它能够实现更远距离的输电。但是目前这项技术并没有什么太大的进展。

无线充电还需继续探索

有网友认为：“无线的方式除了方便一点似乎没有任何好处，而且如果列一张单子的话估计还是缺点更多，比如电磁损耗之类的。”确实，无线充电的今天，存在着一些尚待解决的问题。

北京邮电大学计算机学院的杨旭东教授曾经带领他的科研团队研究了无线充电技术，该团队负责人表示，电磁感应是目前最普遍的充电方式，得到的电量也较为充裕，足够手机使用。而目前正在进一步研发的是磁共振技术，当然还没有到成熟的阶段。不论是哪一种方式，最大的制约都在于无线充电技术产生了对人体有害的电磁波，这个电磁波的辐射会影响人们的神经系统和心血管系统，这也是需要继续探索克服的问题。

篇10

大学物理下册主要研究的是电磁学、光学和量子物理基础。下面按照章节说起。

电磁学包括电和磁以及电磁感应三部分，电学和磁学既有相同之处又有不同，学好了电学才能学好磁学，反之，电学掌握不好磁学就易混淆。

静电场由两部分组成，分别是真空中的静电场以及电解质中的静电场。电学部分的重要物理量是电场强度和电势。主要物理模型是点电荷和匀强电场。一个重要实验定律是库伦定律，两个重要定理分别是高斯定理和安培环路定理。两个定理应用了高数中通量和环流的概念，通过两个定理的数学表达式，理解静电场是一种真实的客观存在的物质，是有源无旋场。电场的能量储存在电场中而非电容中。电场对放入其中的电荷有力的作用。

稳恒磁场也分成两部分，分别是真空中的恒定磁场和磁介质中的恒定磁场。磁学部分的重要物理量是磁感应强度和磁场强度，主要物理模型是无限长载流直导线和匀强磁场。重要实验定律是比奥萨法尔定律（与电场中库仑定律类比），重要定理是磁场中的高斯定理和安培环路定理，通过磁场中上述两定理的数学表达式，理解稳恒磁场是有旋无源场。磁场对放入其中的运动电荷有力的作用。磁场对单个运动电荷的作用称为洛伦兹力，对大量定向运动电荷的作用称为安培力。值得注意的是大学物理上册中学习的右手螺旋定则，在磁学部分有大量应用。

电磁感应部分，高中已经学过楞次定律和法拉第电磁感应定律。难点在于感应电动势分成了感生电动势和动生电动势。电动势的产生的实质是非静电力的做功，动生电动势是洛仑兹力充当非静电力，感生电动势是感应电场的力充当非静电力。磁场的能量储存在磁场中而非电感中。

光学的重点在于波动光学，包括光的干涉、衍射和偏振三部分。在光的干涉和衍射中要牢记明暗纹条件，重点理解光程差的概念，注意半波损失情况的发生。偏振的学习中主要是马吕斯定律和布儒斯特定律的应用。

篇11

无线充电从原理上可以分为电磁感应式、电磁共振式和微波传输式三种。

电磁感应式的工作原理类似一个分离的空心变压器，就好像把变压器的原绕组埋设在地面下，将副绕组安装在电动汽车上，从而实现电力的传输。电磁感应式目前的优点是能实现较大的传输功率，能达到几百千瓦，传输效率可以达到90%；它的缺点是供电端与受电端的距离有限，目前最大约为100mm。

电磁共振式的充电是利用电磁共振原理，电源发射端通过振荡器产生某种频率的高频振荡电流，在发射线圈周围形成振荡磁场。当电动汽车进入该磁场范围，具有相同自振频率的汽车接受端的线圈产生电磁共振，产生最强的振荡电流，从而实现电能的传输。电磁共振式的能量传输只在系统内进行，对系统外的物体不会产生影响，具有很高的传输效率，传输距离可以达到数米。2012年美国斯坦福大学首次提出了“驾驶充电”概念，汽车在道路上一边行驶一边自动充电。该系统的原理是将一系列线圈埋入道路路面下，在汽车底盘装上感应线圈，当电动汽车驶过道路时，地下线圈与车上线圈产生电磁共振，实现电力输送。据报道，这种无线充电方式效率可以达到97%。电磁共振式更能应对发射端与接受端的位置偏差，这很适合给运动中汽车充电，因此具有极好的发展前景。美国Witricjt公司开发的电磁共振式系统输出功率为3.3kW，传输距离为200mm下综合效率达到90%。

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【关键词】磁流体电磁感应洛伦兹力微观动生电动势法拉第

磁流体发电技术，是高温气体电离成导电的离子流，高速通过磁场时，“磁流体”切割磁感线，产生感应电动势的技术，可以把热能直接转换成电流，而不再多经过内能到机械能这一过程，理论上发电的效率要比传统发电更高，这种技术也称为"等离子体发电技术"。

对磁流体发电原理的分析，可以很好的锻炼高中生的逻辑推理能力与想象力。从微观角度来看，如右图：一群电量为q的离子，以速率v，垂直进入磁感应强度B的匀强磁场，正负电荷所受洛伦兹力方向相反，偏转方向相反，上下两板积累电荷激发电场。稳定时有：

qE=qvB，粒子不在偏转即有E=Bv，

两板间形成匀强电场有：

U=Ed联立两式有U=Bdv。

教学过程中，不少学生发现这个式子与法拉第电磁感应定律中，导体棒切割磁感线的电动势表达形式一致。两者间是否有联系呢？若导体棒切割磁感线，不难发现导体中自由电子与棒一起定向移动，而磁流体发电中，等离子体定向移动，切割的是“磁流体”，导电的流体起到了金属导线的作用。当然法拉第电磁感应定律完全可以使用了。这个时候教师可以提出疑问，动生电动势的公式Bdv又是怎么得到的呢，大部分学生会想到是法拉第电磁感应定律磁通量变化快慢得出的。再问为什么磁通量变化快慢可以表示电动势呢？其实法拉第并没有做出解释，它是通过大量实验总结得到的。麦克斯韦对此做出了较好的解释。

麦克斯韦在法拉第电磁感应定律的基础上，提出麦克斯韦电磁理论，认为变化的磁场在空间中会产生涡旋电场，这也是感生电动势产生的原因。从微观角度看磁流体发电，我们能得到什么启发吗？经过思考，发现棒电动势的原因又是什么呢？想象力是最伟大的，导体棒切割磁场，棒中自由电子类似磁流体中离子的定向移动，如下图所示。

取极短一段导体研究有：

导体水平切割磁场，自由电子受到如右图所示洛伦兹力沿着导线向下，自由电子向下运动，电子在下端堆积，上端就有较多的正电荷分布，直到分布在导体棒上的电荷在棒内产生的电场力qE=qvxB，有E=Bv，极短的棒两端的电势差U=BVd，若求整根棒的电压，只要进行累加即可。

看来产生动生电动势的根本原因是磁偏转，产生电能的、克服静电力做功是磁场力了？洛伦兹力永不做功？其实这没有矛盾。如右图洛伦兹力的合力垂直于合速度，所以洛伦兹力永不做功。洛伦兹力分力fx做负功与分力fy所做正功抵消Wfy+Wfx=0，我们平时说的安培力FB，从微观角度认为是所有自由电子fx的总和，故WFB=Wfx=-Wfy。我们常说的切割磁感线产生的电能等于克服安培力所做的功，即洛伦兹力分力fy所做的功。（不少同学这里恍然大悟）

比较另一物理情景，固定的闭合导体环中磁场变化产生感应电流，电能是从哪里来呢？有电流，有安培力，但是无位移显然安培力没有做功。其实这里是由于变化磁场在空间产生涡旋电场，涡旋电场对导体环中自由电子做功，提供能量。看来动生与感生电动势产生的原理微观角度来说是不同的啊，能量的转化也不同。

在解题过程中运用动生电动势微观角度考虑问题，比磁通量的变化角度有很大优越性。如右图，导体棒向右切割，要判断是否有感应电动势。闭合回路总面积没有变化，磁通量不变，但是a部分磁通量增加，b部分磁通量减少。学生在闭合回路的选择存在困难。如果从动生电动势微观角度分析，只要导体棒切割磁感线，就会有电动势产生，而不用去费心去研究哪一部分磁通量是否变化。

再看下图所示，一个很长的竖直放置的圆柱形磁铁，在其外部产生一个中心辐射磁场（磁场水平向外），设一个与磁铁同轴的圆形铝环，铝环所在处磁感应强度为B，下落过程中铝环平面始终水平，铝环半径为R试求：（1）铝环下落的速度为v时铝环的感应电动势是多大？

从磁通量变化的角度来看，磁感线始终平行于线圈平面，磁通量为0，没有变化，没有感应电动势。从微观角度，导体环切割磁感线，自由电子磁偏转，可以把环形导线“拉直”，环中的感应电动势E=BV（2ΠR）。为什么两种角度思考有不同结论呢？法拉第经过实验，总结出了“只要穿过闭合电路中的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流。”这是正确结论，但反过来不能说“只要有感应电流就一定有磁通变化。动生电动势虽然恰好也可以由磁通量变化角度导出，但这样做往往会导致忽视了动生 电动势与感生电动势的微观角度本质的区别。

同样的圆盘转动切割磁感线，圆盘中磁通量也没有变化，从磁通量得角度来解释，学生很难理解，但是从动生电动势角度却很好解释。

这是某地市质检题目：如下图所示，在竖直平面内放置一长为L、内壁光滑的薄壁玻璃管，在玻璃管的a端放置一个直径比玻璃管直径略小的小球，小球带电荷量为-q、质量为m。玻璃管右边的空间存在着匀强电场与匀强磁场.匀强磁场方向垂直于纸面向外，磁感应强度为B；匀强电场方向竖直向下，电场强度大小为mg/q，场的左边界与玻璃管平行，右边界足够远.玻璃管带着小球以水平速度V0垂直于左边界进入场中向右运动，由于水平外力F的作用，玻璃管进入场中速度保持不变，一段时间后小球从玻璃管b端滑出并能在竖直平面内自由运动，最后从左边界飞离电磁场.运动过程中小球的电荷量保持不变，不计一切阻力，求：（1）小球从玻璃管b端滑出时的速度大小；（2）从玻璃管进入磁场至小球从b端滑出的过程中，外力F所做的功；

本题第2个问学生出错的很多，主要在于洛伦兹力到底有没有做功。其实把带电小球看“成自由电子”，考虑与导体棒切割磁场类比，如右图对小球受力分析的竖直分量做功，而洛伦兹力水平分力做功为负，总洛伦兹力不做功。Wfy+Wfx=0，F=N=fx，故WF=-Wfx=Wfy.若平时教学中，学生能正确分析动生的微观原理，那么本题就不会出现洛伦兹力分力做功的疑惑了。

2012年福建省高考理科综合第22题。考察了对麦克斯韦定律及法拉第电磁感应定律涡旋装电场的理解。即感生电动的理解。看来在动生电动势的教学中我们也应该引起足够重视。

另外教学过程中也可以穿插物理学史，如1832年法拉第首次提出有关磁流体力学问题。他根据海水切割地球磁场产生电动势的想法，测量泰晤士河两岸间的电位差，希望测出流速，但因河水电阻大、地球磁场弱和测量技术差，未达到目的。1937年哈特曼根据法拉第的想法，对水银在磁场中的流动进行了定量实验，并成功地提出粘性不可压缩磁流体力学流动（即哈特曼流动）的理论计算方法。让同学感受物理学习过程中，想象力的重要，同时也体会到物理的乐趣。

总得来说磁流体发电技术是物理教学的一个很好切入点，可以加深对法拉第电磁感应定律的理解，这在高考中应试中难题的突破是有帮助的，也可以丰富同学的物理学知识，放飞想象的翅膀。相比传统发电，它可以减少由内能到机械能这一环节，提高能量的使用效率，对实现美丽中国或有促进，给我们同学留下一个很好的展望空间。

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1.1干扰来源

干扰变量的根源通常来自传输电磁能量的各种装置。但干扰源存在的部位不统一，干扰源的灵敏性也不一样。有些干扰变量非常容易与传感设备产生耦合，产生电磁活动，一定程度上影响传感设备。只有认清不同类型的耦合方式，才能应用各种干扰。一般说来，耦合包括电流耦合、电磁场耦合、电容耦合和电感耦合。

1.2常见干扰源

常见干扰源的种类繁多，分类标准也比较复杂，但通常认为常见干扰源包括辐射干扰、传导干扰和设计施工干扰。这些干扰都是因为变频器或电流较大引起的。

（1）辐射干扰

辐射干扰主要由电路、高频感应设备等产生。辐射干扰无法避免，通常采用消除电磁感应来减少空间辐射。通过诸如优化电路，消除高频感应设备的电流等措施来降低辐射。

（2）传导干扰

传导干扰通常由电源线或信号线干扰引起，许多工业自动化控制系统的用电设备部件引起电磁感应，干扰工业自动化控制系统。当然也信号线也时常产生电磁感应，导致导线产生瞬间电流，影响线路，甚至造成控制系统死机。通常采用绝缘电缆或屏蔽接地等措施来降低干扰。

（3）设计施工干扰

某些工工程设计与施工或安装也会造成干扰。例如接地系统设计不合理或高频发生器控制器设计不合理都会引起系统混乱，进一步产生干扰。通常采用优化系统设计，提高技术含量来避免设计施工干扰。

二、工业自动化控制系统的抗干扰措施

2.1利用计算机软件降低干扰信号强度

工业自动化控制系统中的各种干扰都是因为辐射、传导、通信信号等各方面的原因。这些干扰影响了系统的正常运行，即然是计算机自动化控制系统，就可以通过编程来分析各种辐射波，进一步过滤和分析这些辐射波，甚至进行数字化处理，有效的降低干扰信号的强度，提高工业自动化控制系统的抗干扰能力。

2.2合理设计接地系统抵制电磁干扰

接地系统设计不合理也会产生电磁干扰，这种干扰不及时处理，会引入更加强烈的干扰信号。自动化工程师应很据工业自动化控制系统的实际运行情况，对接地系统进行合理的设什，比如，通过电气保护接地或信号回路接地等等，保证工业自动化控制系统的电磁干扰减弱，进一步提高工业自动化控制系统运行的安全性、可靠性。

2.3合理选用控制系统零部件削除调频干扰

大量零部件设备对工业自动化控制系统的干扰也是不可小嘘的。这些零部件设备会产生大量的干扰信号，影响自动化控制系统的正常运行。自动化工程师应该合理选用零部件消除调频干扰。例如可以使用双积分型的RC滤波器来实现消除高频干扰，使用双差分输入型交绞合线及差动放大器消除共模的干扰。必要时可以结合阻抗的匹配形式、采取单边接地、屏蔽接地、光电隔离等措施来有效的提升工业自动化控制系统的运行效率。

2.4合理设计敷设线路避免信号干扰

敷设线路设什不合理而造成信号线、通信线、信号线等方面的信号干扰也是工业自动化控制系统的一部分，这部分干扰会影响系统的正常运行。因此，必须对敷设线路进行优化，提高敷设线路的抗干扰性能。目前大部分的的敷设线路仍然采用普通标准型号的电缆线路，这非常不利于电磁信号的抗干扰。关键时，应该根据工业自动化控制票统的实际运行情况进行相应的敷设。敷设线路设计时，应注意敷设信号类型的不同，选择不同线路进行敷设、尤其是模拟信号和数字信号不能同用一根电缆，避免产生信号干扰的现象。

三、总结

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[关键词]物理教学电磁学电磁场电路

物理教材中所阐述的内容主要是经典物理学的基础知识，这些理论是建立在牛顿时空观的基础上，以力学、电磁学为重点。本文就电磁学部分的教学谈谈自己的观点。

一、电磁学的知识体系

电磁运动是物质的一种基本运动形式。电磁学的研究范围是电磁现象的规律及其应用，其具体内容包括静电现象、电流现象、磁现象、电磁辐射和电磁场等。为了便于研究，把电现象和磁现象分开处理，实际上，这两种现象总是紧密联系而不可分割的。透彻分析电磁学的基本概念、原理和规律以及它们的相互联系，才能使孤立的、分散的教学变成系统化、结构化的教学。对此，应从以下三个方面来认真分析教材。

1.电磁学的两种研究方式

整个电磁学的研究可分为以“场”和“路”两个途径进行。只有明确它们各自的特征及相互联系，才能有计划、有目的地提高学生的思维品质，培养学生的思维能力。

场是物质的相互作用的特殊方式。电磁学部分完全可用场的概念统一起来，静电场、恒定电场、静磁场、恒定磁场、电磁场等，组成一个关于场的体系。

“路”是“场”的一种特殊情况。物理教材以“路”为线的框架可理顺为：静电路、直流电路、磁路、交流电路、振荡电路等。

“场”和“路”之间存在着内在的联系。麦克斯韦方程是电磁场的普遍规律，是以“场”为基础的，“场”是电磁运动的实质，因此可以说“场”是实质，“路”是方法。

2.认识物理规律

规律体现在一系列物理基本概念、定律、原理以及它们的相互联系中。

物理定律是在对物理现象做了反复观察和多次实验，掌握了充分可靠的事实之后，进行分析和比较，找出它们相互之间存在的关系，并把这些关系用定律的形式表达出来。物理定律的形成，也是在物理概念的基础上进行的。

“恒定电流”一章中重要的物理规律有欧姆定律、电阻定律和焦耳定律。欧姆定律是在金属导电的基础上总结出来的，对金属导电、电解液导电适用，但对气体导电是不适用的。欧姆定律的运用有对应关系，电阻是电路的物理性质，适用于温度不变时的金属导体。

“磁场”这一章阐明了磁与电现象的统一性，用研究电场的方法进行类比，可以较好地解决磁场和磁感应强度的概念。

“电磁感应”这一章，重要的物理规律是法拉第电磁感应定律和楞次定律。在这部分知识中，能的转化和守恒定律是将各知识点串起来的主线。本章以电流、磁场为基础，它揭示了电与磁相互联系和转化的重要方面，是进一步研究交流电、电磁振荡和电磁波的基础。电磁感应的重点和核心是感应电动势。运用楞次定律不仅可判断感应电流的方向，更重要的是它揭示了能量是守恒的。

“电磁振荡和电磁波”一章是在电场和磁场的基础上结合电磁感应的理论和实践，进一步提出电磁振荡形成统一的电磁场，对场的认识又上升了一步。麦克斯韦的电磁场理论总结了电磁场的规律，同时也把波动理论从机械波推进到电磁波而对物质的波动性的认识提高了一步。

3.通过电磁场所表现的物质属性，使学生建立“世界是物质的”的观点

电现象和磁现象总是紧密联系而不可分割的。大量实验证明，在电荷的周围存在电场，每个带电粒子都被电场包围着。电场的基本特性就是对位于场中的其它电荷有力的作用，运动电荷的周围除了电场外还存在着磁场。磁体的周围也存在着磁场，磁场也是一种客观存在的物质。磁场的基本特性就是对处于其中的电流有磁场力的作用。科学实验证明电磁场可以脱离电荷和电流而独立存在，电磁场是物质的一种形态。

运动的电荷（电流）产生磁场，磁场对其它运动的电荷（电流）有磁场力的作用，所有磁现象都可以归结为运动电荷（电流）之间是通过磁场而发生作用的。麦克斯韦用场的观点分析了电磁现象，得出结论：任何变化的磁场能够在周围空间产生电场，任何变化的电场能够在周围空间产生磁场。按照这个理论，变化的电场和变化的磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一场，这就是电磁场。电磁场由近及远的传播就形成电磁波。转从场的观点来阐述路。电荷的定向运动形成电流，产生电流的条件有两个：一是存在可自由移动的电荷；二是存在电场。导体中电流的方向总是沿着电场的方向，从高电势处指向低电势处。导体中的电流是带电粒子在电场中运动的特例，即导体中形成电流时，它的本身要形成电场又要提供自由电荷，当导体中电势差不存在时，电流也随之而终止。

二、以知识体系贯穿始终，使理论学习与技能训练相融合

1.场的客观存在及其物质性是电学教学中一个极为重要的问题。电场部分是学好电磁学的基础和关键。电场强度、电势、磁感应强度是反映电、磁场是物质的实质性概念。电场线、磁感应线是形象地描述场分布的一种手段。

2.电磁场的重要特性是对在其中的电荷、运动的电荷、电流有力的作用。在教学中要使学生认识场和受场作用这两类问题的联系与区别，比如，场不是力，电势不是能等。场中不同位置场的强弱不同，可用受场力者受场力的大小（方向）跟其特征物理量的比值来描述场的强弱程度。在电场中用电场力做功，说明场具有能量。通常说“电荷的电势能”是指电荷与电场共同具有的电势能，离开了电场就谈不上电荷的电势能了。