《电磁学论文（优秀5篇）》
下面是可爱的编辑帮家人们整理的电磁学论文（优秀5篇）。
电磁学论文 篇1
关键词 超材料；光学变换；电磁屏蔽
中图分类号O43 文献标识码A文章编号 1674-6708（2013）101-0132-02
0引言
大型供电设备及大型发电机组在运行中会产生强电磁辐射，这种辐射对一些精密仪器会产生噪声干扰影响其测试精度，甚至会对仪器产生致命的伤害，而强电磁场同样对附近的人员产生辐射，严重时会危害人员身体健康[1]。因此在一定区域内对这种电磁波进行屏蔽是非常重要的。需要应用一些相应的电磁屏蔽方法以有效阻止电磁辐射远离需要保护的辐射区域。目前，一些电磁屏蔽方法已相继被提出或已应用于工程领域，并且很多种吸波材料应运而生以阻止电磁波在保护区域中的传播[2，3]。同时一些金属屏蔽罩或结构也被大范围的用来进行对电磁波的反射或隔离。但是目前大多数的研究主要集中于对材料本身反射波或吸波特性上，而这些方法会受制于电磁辐射强度。在电磁辐射较弱时是适用的，当电磁辐射过于强烈时，这些屏蔽方法显得力不从心。如果能进行对电磁波传播路径的有效引导使其完全绕射过保护区域，那么这将是一种更有有效的保护被辐射区域的方法。
在一些情况下，保护区域是无法移动或者改变放置方式的，因此对此区域的电磁屏蔽保护是对其外部相应电磁特性材料搭建方式的设计。通过引入一些外部操作，在保护区域外部搭建一些电磁波路径引导结构，这样便会将电磁波以所需的传播方式引导远离保护区。这种对电磁波传播路径的引导可以由不同电磁特性材料的组合搭接来获得，而这些具有特殊性质的材料则可以由左手电磁超材料实现[4-6]。左手电磁超材料是一种同时具有负介电常数和负磁导率的等效材料。其于2002年由Smith和Pendry共同提出并通过实验获得[4]。在左手材料结构被实现后，他们又相继提出左手材料可以应用于光学变换理论中以实现坐标变换及完美电磁隐身[4]。受此启发，研究人员又陆续提出了旋转斗篷、超散射及超吸收斗篷等[5，6]。这些研究对于扩宽光学变换理论在电磁波路径引导中起到了重要的作用，同时人们发现，这种光学变换理论是不受电磁波强度的影响的。那么既然这种基于左手材料的光学变换理论可以进行电磁波传播路径的完美引导，这种路径引导方式便可应用于大型电厂、大型供电设备附近等的电磁屏蔽中，使其不受电磁辐射强度限制实现对一定区域的完美保护。
基于光学变换理论，本文提出了一种应用左手超材料进行电磁屏蔽的方法。我们使用左手材料对电磁波的传播路径进行控制，使其沿着我们所设定的路径进行传播，即达到电磁波的虚拟传播空间与实际物理传播空间的转换，进而绕射过需进行电磁波保护的区域，实现对此区域的电磁屏蔽。此种方法可以实现对不同尺寸保护区域的屏蔽，并给出了电磁特性参数的设计方法。这种电磁屏蔽方法可以应用于大型供电及发电场所的电磁屏蔽中，并且不受电磁辐射强度的限制。
1电磁波路径引导方法
对电磁传播路径的引导主要是等效的改变电磁波的传播空间，使其在物理传播空间中传播而产生所需的虚拟空间的传播效果。而对这种物理空间与虚拟空间的转换就是对电磁波不同的传播路径中材料特性的转换。那么我们可以通过控制电磁波传播过程中经过的材料的特性参数来实现对不同传播路径的控制。
电磁波路径引导的过程如图1。外部所产生的电磁波由左侧入射，我们将其设定为一束高斯平面波，表达为：exp（-（y/50[cm]）^2）。区域1和区域3为普通空气区域。保护区域位于区域3中。为更易于表现其对电磁波的响应效果，我们将其设置为完美电导体。区域2为所引入的空间变换区域，厚度为d。如果区域2为普通空气区域，那么当电磁波从左侧入射时，入射电磁波在保护区域处发生散射，保护区域受到电磁波照射，散射效果如图1（b）所示。
此时我们在区域2中引入一定特性的材料以实现对电磁波路径的偏移，使其绕射过保护区域。这种偏移是对波的实际物理传播路径的材料特性进行设计。在区域2中将入射电磁波由横向传播引导至向上侧发生偏移而绕过保护区域。在区域2中电磁波的物理传播空间（x’，y’，z’）和虚拟传播空间（x，y，z）的转换关系为
其中k为路径的弯折率，我们将其设置为1，那么最终电磁波的传播路径如图2所示。可以发现电磁波在区域2中材料的引导下发生了偏移，绕射过了保护区域，实现了对保护区域电磁屏蔽的目的。如果我们将k值变小，波的偏移程度会变小。因此对于不同尺寸的保护区域我们需应用不同的k值进行路径引导，以实现将电磁波绕射过保护区域的目的。
2电磁波路径引导组合方法
在上面所设计的路径引导方式的基础上对变换区域进行组合，那么便可以实现电磁波任意路径的引导。如图3所示，区域1、区域3和区域5为空气区域，我们将区域2和区域4中引入变化材料以使电磁波绕射过保护区域后仍能按照原路径传播。区域2和区域4中的空间变换关系如式（1），最终材料特性如式（5）。所不同的是区域2和区域4中正负相反。我们设定区域2中k=1，而区域4中k=-1。最终电磁波的传播路径如图3所示。可以发现入射电磁波完全绕射过了保护区域，并且在绕过此区域后仍然按照原路径传播。
3结论
针对于大型供电及发电场所的电磁辐射问题，本文提出了一种对于电磁波的电磁屏蔽方法，此方法不受电磁辐射强度的限制。其基于光学变换理论，将电磁波的物理传播空间和虚拟传播空间进行变换，实现了对电磁波的传播路径进行引导。我们对路径引导中应用到的超材料材料参数进行了计算，并分析了不同取值对传播路径的影响。最终实现了电磁波在保护区域外的绕射，达到了电磁屏蔽的目的
[1]周志付，姜若婷，劳国强。电磁污染及其防护对策。电力环境保护，21（1）2005：60-62.
[2]E.Unal，A.Gokcen，and Y.Kutlu."Effective electromagnetic shielding，"Microwave Magazine，7（4）， IEEE，2006：48-54.
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[4]J.B.Pendry，D.Schurig，D.R.Smith，“Controlling electromagnetic fields，”Science，312：1780-1782， Jun.2006.
电磁学论文 篇2
一、电磁学教材的整体结构
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，这两种方式均在高中教材里体现出来．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．
场的方法是研究电磁学的一般方法．场是物质，是物质的相互作用的特殊方式．中学物理的电磁学部分完全可用场的概念统帅起来，静电尝恒定电尝恒定磁尝静磁尝似稳电磁尝迅变电磁场等，组成一个关于场的系统，该系统包括中学物理电学部分的各章内容．
“路”是“场”的一种特殊情况．中学教材以“路”为线的大骨架可理顺为：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．物理知识规律物
理知识的规律体现为一系列物理基本概念、定律和原理的规律，以及它们的相互联系．
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着的关系，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．但是，物理定律并不是绝对准确的，在实验基础上建立起来的物理定律总是具有近似性和局限性，因此其适用范围有一定的局限性．
第二册第一章“电潮重要的物理规律是库仑定律．库仑定律的实验是在空气中做的，其结果跟在真空中相差很小．其适用范围只适用于点电荷，即带电体的几何线度比它们之间的距离小到可以忽略不计的情况．
“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．通过电磁场在各方面表现的物质属性，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另一种唱—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．现在，科学实验和广泛的生产实践完全肯定了场的观点，并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．
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“学科体系的系统性”贯穿始终，使知识学习与智能训练融合于一体
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．第一章“电潮是学好电磁学的基础和关键．电场强度、电势、磁尝磁感应强度是反映电、磁场是物质的实质性概念．电场线，磁感线是形象地描述场分布的一种手段．要进行比较，找出两种力线的共性和区别以加强对场的理解．
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．
3．认真做好演示实验和学生实验，使“潮抽象的概念形象化，通过演示实验是非常重要的措施．把各种实验做好，不仅使学生易于接受知识和掌握知识，也是基本技能的培养和训练．安排学生自己动手做实验，加强对实验现象的分析，引导学生从实验观察和现象分析中来发展思维能力．从物理学的特点与对中学物理教学提出的要求来看，应着力培养学生的独立实验能力和自学能力，使知识的传授和能力的培养统一在使学生真正掌握科学知识体系上．
4．培养学生综合运用所学物理知识去分析和解决问题的能力．学习电磁学首先要抓住场和路这两个方面，使学生正确理解基本概念，切实掌握基本规律．在此基础上还应该注意有关综合题的解法．解答综合题时，首先应搞清不同的运动形式或不同的物理过程是怎样联系在一起的．一般联系渠道有两条：一是力，二是能，从而形成两条解题思路．从力的角度考虑，全面分析受力情况（三种性质的力和电磁场力）并和运动状态的改变联系起来．从能的角度来考虑，紧紧扣住能的转化和守恒定律，从而引导学生认识能的转化和守恒定律的正确性和普遍性．使学生明确：能量的不同形式，就是物质运动的不同形式；能量由一种形式转化为另一种形式就是物质运动由一种形式转化为另一种形式；能量不能创生也不能消灭，就是运动的不可消灭性．
电磁学论文 篇3
例如：在LC振荡电路中，电容器放电完毕时，电路中的电流最大，自感电动势为零．学生难以理解．
错误认识一：电容器放电完毕时，由I＝q/t可知，q＝0，I也应等于零．
错误认识二：电容器放电完毕时，q=0，电容器两极间的电压U＝0，由I＝U/R可知电流I应等于零．
错误认识三：既然电容器放电完毕时，电流强度I最大，由I＝＝ε/R可知，自感电动势ε=IR也应最大．
电磁学论文 篇4
19世纪初叶，不论是对于英国还是欧洲大陆的德国、法国都是可以称为是科学复兴和发展的时期。在欧洲大陆，各国科学思想交流广泛，科学探究方法也普遍得到认同，科学成为了国际性的事业。同时，科学与社会的联系也日益紧密。支配科学方法的那种数学精神也影响了贸易、商业和工业。“科学上的每个进步都增进我们对实际生活中某些可测量现象的驾驭；而实际生活中每个新发展都为科学探究准备了一块新的领域”。
英国虽然也受到德、法两国的影响，但是，同哲学上的德国和科学上的法国相比，英国在本世纪表现得明显的无所建树。这一时期科学在法国可以夸耀的那种组织和保护在英国却闻所未闻。英国科学没有一个中央组织机构，也没有形成什么学派，相反则是独立的个人风格。
在经济方面，英国的资产阶级正处于工业化过程中，他们越来越发现科学发展对技术革新产生的巨大影响。新的技术学院相继建立，企业为其提供资金支持，还设立各种奖金；私人性质的学会和民间组织也可以从个人、企业或国家支持，继而可以从事工业所需的相关科技研究。这样的联系一方面使科学不再是有闲、有钱的阶层的特权，而是作为一种职业存在；另一方面，科学也越来越成为实验室、工厂和市场的差使。自由研究的可能性越来越小，取而代之的是仅仅解决实际生产中技术层面的问题。
在哲学与科学思想方面，英国也受到德国自然哲学兴起的影响。自然哲学是用化学、数学，运用对立、互补、有机结合等概念来解释自然。对立和统一思想就是自然哲学的产物。正是由于这一思想的广泛传播才在科学上引起了一个重要的结果。科学家开始关注多年被视为毫无关系的电现象和磁现象，开始研究电学和磁学以及电、磁之间的相互联系。
二、法拉第及其早年的成长和工作的背景
法拉第出生于伦敦的一个贫民窟，父亲是铁匠。虽然家境贫苦，但幼年的法拉第还是读了几年小学。在那里他学习了基本的读写和算术。这样的基本教育使得法拉第从1804年开始在G.黎堡先生的书店作装订学徒的生活可以变得有意义。他可以阅读所要装订的大量书籍。正是在这长达7年学徒生活中，法拉第读到了I.瓦茨的《意识的改善》，“这本书成了指导法拉第学习的第一位老师”。在装订《大英百科全书》中J.梯特勒撰写的“电学”条目时，法拉第开始对科学产生了最初的兴趣。“他开始在书店的住处做实验，并记实验日记，一直坚持了数十年”。试想如果没有早年的基本读写和算术教育。这些书籍不可能对法拉第走上科学道路产生最初的影响。
法拉第曾在1810年参加了由J.塔特姆组织的“市哲学学会”。“这个学会的成员每星期三在塔特姆家聚会，讨论感兴趣的科学问题、交流将已，听塔特姆作自然哲学讲演”。正是在市哲学学会法拉第完成了他的“基本科学造就”。在获得了力学、电学、光学、化学等基础学科的启蒙之时，他的兴趣也与日俱增的集中于科学。
法拉第在1812年2月～4月听了戴维的四次讲演，他仔细作了笔记，将笔记仔细装订并在当年的12月送给了戴维，明确地表达了从事科学的愿望。1813年在戴维推荐下法拉第成为皇家研究院的实验室助理。至此，法拉第开始了他风云变化的科学历程。
三、电磁感应定律的发现
（一）19世纪20年代电磁学的发展。1820年，奥斯特发现电流磁效应后，物理学界表现了极大的关注，但同时也认为这就是电磁关系的全部内容。1821年英国《哲学年鉴》的主编约请戴维撰写一篇文章，评述奥斯特发现以来电磁学实验的理论发展概况．戴维把这一工作交给了法拉第．法拉第在收集资料的过程中，对电磁现象的研究产生了极大的热情，并开始转向电磁学的研究。1821年，法拉第发现了电磁旋转现象，第一次实现了将电磁力转化为机械力。他仔细地分析了电流的磁效应等现象，1822年他在日记中写下了自己的思想：“磁能转化成电”。与此同时，毕奥与安培对于奥斯特的发现做出回应，他们二人在关于电磁作用力的性质的问题上展开了一场争论。毕奥认为电、磁都是不能变更的实体，在电磁相互作用中得到统
一。而安培则认为电、磁是相同的实体，同一性在电流方面反映出来。法拉第也许从这场争论中隐约看到，处理电磁学方面的问题，力比物质、效应比实体是更为关键的东西。1822年，阿拉果和洪堡在进行地磁强度测定时发现金属可以阻止磁针的振荡。这其实是人类发现的第一个电磁感应现象。1824年阿拉果根据此现象又作了一个实验，将一个铜盘装在一个垂直轴上，让其可以自由旋转，但稍有滞后；反之，当磁针旋转时，铜盘亦然。这就是著名的“阿拉果圆盘实验”。阿拉果本人解释不了这个现象。安培在实验中用通电流的螺线管取代磁针，仍得到阿拉果实验相同的结果。但他没有发现阿拉果圆盘实验反映的是一种全新的事实，而简单的把本来不属于他的电动力学范畴的东西归并入他的理论，使一种已经暴露出来的新现象又重新掩盖起来。
（二）法拉第建立电磁感应定律的过程
早在1825年11月开始，法拉第就设计了三个实验试图找到磁转化为电的证据，但由于他还没有意识到电磁感应中最关键的东西，这三个实验都失败了。如果法拉第先接好电流计，再把电池接于到鲜活螺线管的两端，他就能看到电流计指针转动。
1824～1830年间，英国业余电学家斯特詹、美国的J.亨利和荷兰的G.莫尔等相继对电磁铁作了重大改进，他们都使用蹄形铁芯而获得了比以往更强的磁场。这一系列研究深深的吸引了法拉第。他匆匆忙忙的向皇家学会打报告，请求暂停光学玻璃的研究，以便重新进行放下了多年的电磁研究。
法拉第第一要解决的是寻找一种体积小而效益高的电磁铁。起初，他试图用强磁铁靠近闭合线圈或用强电场使邻近的闭合导线中产生出稳定的电流，但一次次都失败了。他探寻使磁体产生最大张力的最好形状是什么，最后他可能作了这样的设想，蹄形电磁铁比棒形电磁铁的能力强，若将铁芯做成环形，可能会获得更高的能力。（这种封闭型电磁铁实为人类的第一个变压器）1831年8月26日，法拉第在日记中描述了线圈的样子。厚7/8英寸，外环直径6英寸的软铁环上绕上两个彼此绝缘的线圈A和B。B的两端用导线连接成闭合回路，在导线的下面放置一个与导线平行的小磁针（相距3英尺）；A和一个电池组连接在一个开关上（这个线圈现存于伦敦皇家学会，线圈上仍带有法拉第当年给它们写上的标号A和B）1831年8月29日，法拉第在进行这一实验时偶然发现，当开关合上有电流通过线圈A的瞬间，小磁针发生了偏转，随后又停在原来的位置上，当开关断开时，磁针又发生了偏转。这个实验成功的关键是他先把B边的线圈短路，而后才把电池接到A边的线圈上。如果实验程序刚好相反，什么效应也观察不到了。法拉第把这一现象称为“伏打电感应”。法拉第此时还没有明确的领悟到这一现象是暂态性的。他以为A边接上电流以后B边附近的磁针会持续偏转，但实验表现的是磁针的瞬时的扰动，而后很快又静止在原先的位置上，不管电池接上的时间有多长。在1831年10月17日，法拉第开始了电磁感应的第二阶段的实验。他在一个直径为3/4英寸、长为8英寸的空心纸筒上绕8个线圈，并将这8个线圈并联起来，再与一个电流计连接。当他把一根磁棒插入纸筒时，他惊喜的发现，电流计指针忽的偏转起来，然后很快又回到平衡位置；当他把磁棒抽出纸筒时，指针又忽的转向另一边，然后很快就又回到平衡位置。每次把磁棒插入或抽出时，这种效应都会出现。法拉第通过这个实验看出，不仅伏打电池在关和断的瞬时可以激发电流，磁体相对于线圈的运动也能激发电流。他称这种现象为“磁感应”。法拉第仍不满足这个实验，他希望用更大磁铁进一步实验，当时伦敦皇家学会的大磁铁防在克里斯提家里。法拉第预先做好一根直径为3/4英寸、长13英寸的软铁柱和一个套在软铁柱上的螺线管（称之为“0线圈”）。1831年10月28日，他带着这些东西登门实验。他对实验做了如下记录：“将软铁柱(接在蹄形磁铁的)两个磁极上，当电流计与导线还未连接时，电流计受影响甚微，以至无法感知。但是，当导线（与电流计）连接后，一旦断开或接通与软铁柱的磁接触时，一种强大的推力就迫使电流计指针来回振荡多次。”“将0线圈忽然带进磁铁的大磁极之间，它里面没有铁棒，这是（电流计）指针受到强烈影响。若一旦将它抽出，就会发生与前面情况一样的结果。”同一天法拉第还做了一个旋转通盘实验，N、S表示蹄形磁铁的两极，D为可绕轴在垂直平面内旋转的铜盘。他又在一个电流计的两个接线柱上接上两个电刷，当使铜盘旋转起来后，将两个电刷分别防在铜盘的各个部位，以测定产生感应电流的最佳方向。经过反复实验，法拉第发现只要转动铜盘，便可以在铜盘轴心和边缘两处引出电场，只要铜盘保持不停的恒速旋转，产生的电流就一直是稳定不变的。这个装置其实是人类的第一台直流发电机。
至此，法拉第不仅实现了由永久磁体产生电流的设想，而且完全弄明白了这种转化的暂态性。1831年11月24日，法拉第在伦敦皇家学会宣读了他的《电学实验研究》第一辑的四篇论文。法拉第在这组论文中总结了他对电磁感应的发现，提出了“电紧张态”和“磁力线”两个新概念，在此基础上总结电磁感应定律，并完美的解释了阿拉果圆盘实验。
从1821年的电磁旋转实验到1831年正式完成电磁感应定律有十年之久。其实这段时间法拉第的主要精力都用在合金钢和光学玻璃的研制。实际的工业上的需要占据了他的大部分研究时间。这一时期法拉第所写的论文、日记及信件，涉及到电磁学问题的寥寥可数。这是电磁感应定律在奥斯特发现电流的磁效应后十年才被发现的原因之一。
【参考文献】
[1]（英）梅尔茨。十九世纪欧洲思想史（第一卷）[M].北京：商务印书馆，1999.
[2]钱临照，许良英。世界著名科学家传记Ⅲ[M].北京：科学出版社，1994.
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[4]M.H.沙摩斯。物理史上的重要实验[M].北京：科学出版社，1985.
电磁学论文 篇5
关键词：无工质 电推进 空间飞行器推进
中图分类号：V43 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（a）-0110-02
电流微波推进是一种全新的概念。在相应的推进装置中，平面电磁波在导体膜平面上被反射并产生感应电流；外电源在导体膜表面产生与感应电流同相位的电流；被放大的导体膜表面电流与导体膜表面磁场波腹产生沿电磁波入射方向的推力。这种推进装置的特点是：（1）不需要工作介质就可以产生净推力，没有高温燃气流的烧蚀、冲刷和传热问题，同时能大幅度降低消极质量；（2）只要电磁波和外电源输出电功率稳定，推进装置的性能不受工作环境的影响；（3）由于该装置使用外电源放大导体膜表面电流，理论上该装置产生的推力大于使用相同导体膜材料的太阳帆。由此可见这种推进装置可广泛地应用于卫星、深空探测器和近地空间飞行器，所带来的效益是大幅度地提高有效载荷和寿命[1]。
1 电流微波推进装置的思想起源
如图1，设入射平面电磁波的传播方向为z，E和H分别沿x和y方向。当电磁波到达金属板表面时，其表面附近的自由电子将在电场的作用下沿x方向往复运动，形成传导电流j。由于电子的运动方向与磁场垂直，它将受到一个洛伦兹力F，F沿J×H（即入射波的坡印廷矢量）方向，即图中+z方向。金属中自由电子受到的这个力最终会以某种方式传递给金属本身。于是在电磁波的作用下，金属板将受到一个+z方向的压力，或者在此压力作用一段时间后，金属将获得沿+z方向的动量，这就是光压也是太阳帆产生推力的原理[2]。如果可以放大导体表面传导电流，则必然能放大导体获得的动量。
2 电流微波推进装置的经典电磁学理论
电磁波的磁分量将对面电流产生沿z方向的洛仑兹力。用外电源在理想导体表面产生与面电流同相位的电流，增大理想导体界面处的电流密度。
在界面处电磁场电子运动状态及受力的矢量关系如图2所示。
图2中，在电磁波电分量和电源电动势的作用下，自由电子沿速度1即+Z方向运动，在电磁波+Y方向磁分量中受到+X方向洛仑兹力的作用产生速度2，产生如图所示的合速度v，于是电子在磁场中产生如图所示的合洛仑兹力f。洛仑兹力在-Z方向的分力阻碍电场力对电子沿速度1即+Z方向的加速。电场力克服在-Z方向洛仑兹力1分力做功，使+X方向洛仑兹力2分力产生驱动力。
在良导体内电磁波振幅呈指数衰减。故导体薄膜不宜过厚，否则电磁波磁分量无法有效作用于由外电源产生的电流。
3 结语
电流微波推进装置不需要工作介质，因而没有高温燃气流的烧蚀、冲刷和传热问题，推进装置的性能不受工作环境影响，同时能大幅度降低飞行器消极质量，适用于空间和近地空间飞行器。
这种新概念推进装置的工作机理可以用经典电磁理论解释。该推进装置的推力来源于电磁波磁分量对导体表面传导电流的作用力。
参考文献
[1] 赵凯华，陈熙谋。新概念物理电磁学[M].北京：高等教育出版社，2003：422-424.