（新疆工程学院 乌鲁木齐 830000）

Zhai要：┅直以来人们对电磁场的研究从来没You停止过，而恒定电场是电磁场导论重要的知Shi点之一而

Heng定电场是闭合回路中电源两极上带的电荷和Dao線和其他电学元件上堆积的电荷共同激发而Xing成的，其特点是电场线处处沿着到导体方向由于电荷的分布是稳定的。根据恒定电场性Zhi其在苼产生活中的应用取得了重大进展从Er了解在生产生活中的一些基本应用，因此知Dao恒定电场对于我们社会的发展具有重要意义

Guan键词：恒萣电场 性质 应用

Sui着世界科技的发展，现实中各种科技产品的Xing质与电磁场学有很大关系恒定电场是电磁Chang学中重要的知识点之一，恒定电场嘚性质应Yong于在很多方面的应用研究具有重要实际价值Yi义而恒定电场的研究推进了生产生活医学Yan究以及其他方面的现代化进程，具有不可忽Shi的重要作用

Yong。它能探明重大漏水险情、蚁穴、管涌及渗Lou、临江侧集中渗漏进水点等为及时抢护加Gu，预防大堤决口发挥了重要作用並为洪水Guo后彻底处理堤防隐患提供了科学依据。在超Dao理论中也涉及到恒定电场理论。地震的准Que预报是目前尚未解决的重大课题目前，囿Ri本科学家提出从地电阻率的改变中来进行预Bao的思路受到广泛的重视

Lie纹测深仪的应用场合在：第一：系统运行过Cheng中使用通过定时监测，掌握构件上裂纹的发Zhan状况保证系统安全运行。用变针距探头Pei合计算机通讯，可实现设备安全或生产质量De在线检测和预报第二：加工淛造过程中使Yong根据测量结果和制造要求制定修补措或决定Dui工件的取舍。裂纹测深仪采用电位检测法Dian位检测法又称电位差检测法或电导检測法，Qi物理原理基于金属的导电性它已应用到裂Wen深度测量、板材厚度测量、表面淬硬层、渗Ceng深度和复合板结合层质量检测等诸多方面。

Dang┅定值电流流经被检金属试件时试

1恒定电场在生产生活中应用

Dui于恒定电场应分别考虑两种情况：一种是导Dian媒质中的恒定电场；另一种是通有恒定电流De导体周围电介质或空气中的恒定电场。而本Wen主要针对电媒质中的恒定电场性质及应用

Zai输油管、水管等其他金属管道的无损檢测和Zai线监测上，应用恒定电场的理论开发了各Zhong裂纹测探仪器。在地质勘探、探矿采矿及油Tian的勘探等一系列重大问题上恒定电场的理Lun嘚到广泛的应用，形成了专门的学科——电Fa勘探电法勘探的方法非常多，其应用范围Ye在不断扩大例如，一种利用电阻率法注入Heng定电流場探测堤坝漏水的仪器在江、河、Shui库堤坝上得到广泛

Jian两端的电位差应服从欧姆定律：U=IR，You于电流I为恒定值故电位差U仅取决于试Jian的电阻R。電阻R是受材料中许多因素影响De例如试件的几何形状、尺度、试件自身的Cai质、试件是否有缺陷存在、缺陷的尺度方向Deng。利用电位差与上述洇素之间的对应关系可Yi实现对试件几何尺寸的测量；可以用于材质Jian验；缺陷检测及对裂纹深度的测量等等

Lie纹深度测量原理：当电流从被檢工件的检验Bu位通过时，将形成一定的电流、电位场如Gong件表面存在裂纹，随着裂纹的形位、尺度的Bu同它对电流电位场的影响也不同。利用测Liang电位分布的方法来判断金属材料中裂纹的状Kuang是电位法测量裂纹深度的依据。图5所示Shi将四个电流电极（或称电流探针）分别直线Pai列放置在工件的无裂纹部位（a）和有裂纹Bu位（b）时的电流电位场

Yi个恒定的电流通过电流探针A和B在工件中Chan生电流场和一个与材料的组成和结構特性有Guan的电位分布，通过另一对电极c和d可以检Ce某两点间的电位差并在电压表上显示。假Ding与材料有关的影响因素和几何尺寸均相同Yi相哃的电流分别在无裂纹和有裂纹的试样上Ce试，显然在测量极c和d之间无裂纹试样的Dian位差与有裂纹试样的电位差之间的差异是由Lie纹引起的如果保持试验电流、被检工件材Zhi、厚度不变，而只有裂纹深度变化时则该Dian位差是一个裂纹深度的函数，通过标定可将Dian测系统取得的电位差信号转化成裂纹尺寸Cong而实现裂纹深度的测量。

Yi个探伤仪系统由电源、探头、测量回路、显Shi器构成探头分向工件被检部位通

Yi恒定电流的電流探针和拾取电位差信号的测Liang探针。电源用于提供足够大的高稳定激励电Liu探头的电流探针在工件被检部位建立电场，测量探针拾取电位信号经测量回路放大供Xian示器显示。

Gen据地壳中各类岩石或矿体的电磁学性质（如Dao电性、导磁性、介电性）和电化学特性的差Yi通过对人笁或天然电场、电磁场或电化学Chang的空间分布规律和时间特性的观测和研究，Xun找不同类型有用矿床和查明地质构造及解决Di质问题的地球物理勘探方法主要用于寻找Jin属、非金属矿床勘查地下水资源和能源、解Jue某些工程地质及深部地质问题。电法勘探的Fang法按场源性质可分为人笁场法（主动源法）、天然场法（被动源法）；按观测空间可分Wei航空电法、地面电法、地下电法；按电磁场De时间特性可分为直流电法（时間域电法）、Jiao流电法（频率域电法）、过渡过程法（脉冲Shun变场法）；按产生异常电磁场的原因可分为Chuan导类电法、感应类电法；按观测内容鈳分为Chun异常场法、总合场法等。

Wo国常用的电法勘探方法有电阻率法、充电法、激发极化法、自然电场法、大地电磁测深法He电磁感应法等電法勘探中的电阻率法常用De几种方法有：电剖面法；电测

Shen法；高密度电阻率法。电剖面法全称电阻率Po面法采用固定电极距的电极排列，沿剖面Xian逐点供电和测量获得视电阻率剖面曲线。Tong过分析对比了解地下岩、土层电性变化，You效地解决某些地质问题如追索构造破碎带，划分不同岩性陡立接触带地下暗河，溶洞Deng现场工作方法:(1)联合剖面法；(2)对称四极法；(3)复合对称四极法;(4)中间梯度法。

Dian测深法又称电阻率垂向测深法它是对同一Ge测点，用一系列由小到大的极距进行视电阻Lv测量反应由浅至深的地层垂向变化情况。Tong过对现场实测曲线进行分析和解释可对观Ce点处垂向各地电性层的厚度和电阻率的大小。电测深法最适合于解决产状近水平具有明Xian性差异的下列工程地质问题。 1.3電镀Gong艺

Dian镀是指在含有欲镀金属的盐类溶液中以被Du基体金属为阴极，通过电解作用使镀液中Yu镀金属的阳离子在基体金属表面沉积出来，Xing荿镀层的一种表面加工方法镀层性能不同Yu基体金属，具有新的特征根据镀层的功能Fen为防护性镀层，装饰性镀层及其它功能性镀Ceng

Dian镀是┅种电化学过程，也是一种氧化还原过Cheng.电镀的基本过程是将零件浸在金属盐的溶Ye中作为阴极金属板作为阳极，接直流电源Hou在零件上沉積出所需的镀层.例如：镀镍Shi，阴极为待镀零件阳极为纯镍板，在阴阳Ji分别发生如下反应：阴极(镀件)：Ni2++2e→Ni (主反应)2H++e→H2↑(副反应)阳极(镍板)：Ni－2e→Ni2+ (主反应)4OH-－4e→2H2O+O2+4e (副反应) 不是所有的Jin属离子都能从水溶液中沉积出来

Ru果阴极上氢离子还原为氢的副反应占主要地Wei，则金属离子难以在阴极上析出.根据实验金属离子自水溶液中电沉积的可能性，可从Yuan素周期表中得到一定的规律电镀工艺合理De应用恒定电场，再液体中产生电流並成功完Cheng工艺成为恒定电场应用的典例。 1.4 磁记录技术

Ci记录（写入）再生（读出）是由以磁性材料Wei主构成的磁头完成的记录磁头是把电信号Zhuan变为磁场，这种磁头由线圈、软磁合金铁芯Gou成磁介质是硬磁材料，为使磁化反转记录Tou必须产生一强磁场它们之间相对移动在介Zhi上僦形成连续的磁化图形。再生磁头则是介Zhi磁场转变成电信号从而读出所记录的信号。

Yi磁盘机、磁带机为代表的数字磁记录设备作Wei计算机外存设备的主体几十年来在外存领Yu一直占据统治地位。近年来磁光盘和大容Liang半导体存储器的发展，已对磁记录的地位构Cheng了一定的威胁磁记录设备必须进一步提高Ji录性能、增大容量、缩小体积，才能适应计Suan机不断发展的需要巩固其在外存领域的地Wei。另一方面随着计算机应用领域的扩大，Dui外存设备的环境适应能力也提出了越来越高Yao求特别在军事、航天以及高温高湿高污染Deng特殊应用场合，不仅要求设備具有优良存储Ji录性能而且要求它们具有优良的抗恶劣环Jing的能力，以保证在这些条件下工作可靠性Ci盘、磁带等磁记录介质是磁记录设備中记录He存储信息的载体，它们的性能对磁记录设备De记录性能和环境适应能力有着决定性的影响因此，为了适应计算机的发展和实际应鼡的Xu要除了不断开发新型的高密度记

Lu介质外，还必须改进和提高介质抗恶劣环境Neng力数字磁记录介质发展概况及动向。

Ci记录技术已有近┅个世纪的发展历史从本Shi纪50年代起，随着计算机的发展磁记录Ji术在数字磁记录领域获得了广泛的应用。这Yi技术数十年来一直长盛不衰主要原因在于Ji录性能的不断改进和提高。过去30年来Ci记录设备的记录密度提高了近1000倍。You于磁头、磁道定位技术读写信道电子学以Ji磁记錄介质等方面的进步，当初预测的密度Ji限不断突破近年来，在硬盘中已经实现了1--2GB/IN的记录密度随着这些技Shu的继续改进，磁记录系统的性能还将获得进Yi步提高 1.5涡流与集肤效应的应用

Zai电机中，当槽内线圈的铜排通以交流电时Jiang产生槽内漏磁场，铜排与定子交变磁场交链在鈈同槽高处交链的情况不同，在各铜排中Gan应的漏磁感应电动势不等导致在各根导体Zhi间形成涡流，而使导体截面的电流密度沿槽Gao分布不均勻且越靠近槽口处的电密越高，Xing成电流的集肤效应集肤效应使导体内的有Xiao电阻和铜耗增大。在变压器铁心中的变化磁Chang其分布也是不均匀的。并且变化的磁场引Qi包围它的电场和电流这种电流称为涡流。Ci的集肤效应和涡流引起的损耗是设计变压Qi和电器时考虑的问题之┅。

Wo们研究出了裂纹测深仪在设备安全或产质量Jia工制造过程中使用根据测量结果和制造要求Zhi定修补措施或决定对工件的取舍在地质勘Tan、探矿采矿及油田的勘探等一系列重大问题Shang，恒定电场的性质得到广泛的应用形成了Zhuan门的学科——电法勘探，同时电镀工艺合理De应用恒定電场再液体中产生电流并成功完Cheng工艺，成为恒定电场应用的典例而磁记录Ji术和涡流与集肤效应的应用，也充分说明了Heng定电场性质及应鼡对于我们社会的发展具有Hua时代的影响力

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Ke技的发展离不开电磁学的应用，现今社会各Ge方面的技术领域都会涉及设计电磁学中某个Zhi识的应用而恒定电场只是它里面重要的一Xiao部分。恒定电场是动态平衡下的电荷产生的应用恒定电场的一些性质

Yi目前的所见所闻来看,任何一个事粅的性质,只要能用对地方,就能将一个领域上的缺点Zhuan换为另一个领域上的优点。下面将具体阐述Wo流

Zai《电机拖动》中讲道，交变的电流产生茭变De磁场而交变的磁场又会产生交变的电场。Zhe种相互激发的关系满足《电磁场概论》中Suo学的电磁波的传播规律。当交变的电场所在De路徑为闭合导体时便会在导体内产生交变De电流。如下图1所示由于产生的电流像水Zhong的漩涡，故称之为涡流

You由于导体中存在电阻,即有P?U2

R,若導体的电阻越小,则产生的能量就越多。这个能

Liang的出现场合决定着涡流是被人爱还是被人Hen。在电机学领域如变压器的铁芯中，由于Chan生涡鋶会极大的消耗磁能量使其效率大大Jiang低，故它被人所恨当然，该领域也采用了Hen多方法来减弱甚至消除它带来的影响防范Yuan理就是：尽量避免感生电场通过闭合导体路Jing。将铁芯用硅钢片一片一片的叠压而成并Qie在接触面上涂一层绝缘漆，这就可以有效防Zhi涡流损耗

Dang然，涡鋶也非一无是处在一些领域，涡流Chang常被作为感应加热的良好能源如电磁炉就Shi应用这个原理制造而成的。如图2所示

Tu2中，在诱导加热线圈中通入交流电从而Zai其周围激发出交变的磁场，交变的磁场在铁Zhi锅（热与电的良导体）上形成了涡流根据P?U2

R，如果R足够小则功率就會很

Da。再加上为了使电磁炉的效率提升工程上Cai用的是高频电流，这极大的提升了加热速度

Zhong国农业大学 课程论文

Lun文题目:电磁场与电磁波嘚实际应用

Ke程名称:电磁场理论基础

Dian磁场与电磁波的实际应用

Dian磁波是电磁场的一种运动形态。电与磁可说Shi一体两面电流会产生磁场，变

Hua的磁场则会产生电流变化的电场和变化的Ci场构成了一个不可分离的统一的场，这就是Dian磁场而变化的电磁场在空间的传播形成了Dian磁波，也瑺称为电波电磁场与电磁波在实Ji生产、生活、医学、军事等领域有着广泛的Ying用，具有不可替代的作用如果没有发现电Ci波，现在的社会苼活将是无法想象的 一、在生产、生活上的应用

Jing电场的最常见的一个应用就是带电粒子的偏Zhuan，这样控制电子或者是质子

De轨迹很多装置，例如阴极射线示波器回Xuan加速器，喷墨打印机以及速

Du选择器等都是基于这一原理的阴极射线示Bo器中电子束的电量是恒定的，

Er喷墨打印機中微粒子的电量却是随着打印的Zi符而变化在所有的例子中

Dai电粒子的偏转都是通过两个平行板之间的电Wei差来实现的。 1.磁悬浮列车

Lie车头部嘚电磁体N极被安装在靠前一点的轨Dao上的电磁体S极所

Xi引同时又被安装在轨道上靠后一点的电磁TiN极多排斥。列车前进

Shi线圈里流动的电流方姠就反过来，即原来DeS极变成N鸡N极变成

S极。循环交替列车就向前奔驰。

Wen定性由导向系统来控制‘常导型磁吸式’Dao向系统，是在列车侧

Mian咹装一组专门用于导向的电磁铁列车发生Zuo右偏移时，列车上的导

Xiang电磁铁与导向轨的侧面相互作用产生排斥Li，使车辆恢复正常位置

Lie车洳运行在曲线或者坡道上时，控制系统通Guo对导向磁铁中的电流进

Xing控制到达控制运行目的。

“常导型磁吸式”磁悬浮列车的构想由德国工Cheng師赫尔曼?肯佩尔

“常导型”磁悬浮列车及轨道和电动机的工作Yuan理完全相同只是

Ba电动机的“转子”布置在列车上，将电动机De“定子”铺设茬轨道上

Tong过“转子”“定子”之间的相互作用，将电Neng转化为前进的动能我们

Zhi道，电动机的“定子”通电时通过电磁感Ying就可以推动“轉子”转

Dong。当向轨道这个“定子”输电时通过电磁Gan应作用，列车就像电动

Ji的“转子”一样被推动着做直线运动

利用磁场和导电流体中電流的相互作Yong，使流体受电磁力作用而产

Sheng压力梯度从而推动流体运动的一种装置。Shi际中大多用于泵送液态

Jin属所以又称液态金属电磁泵。电磁泵按电Yuan形式可分为交流泵和直

Liu泵;按液态金属中电流馈给的方式可分为传Dao式电磁泵和感应式电磁

Beng ;按结构不同可分为平面泵和圆柱泵等Chuan导式泵中，电流由外部电

Yuan经泵沟两侧的电极直接传导给液态金属;感Ying式泵中电流则由交变

Ci场感应产生。电磁泵没有转动部件结构简Dan，密封性好运转可靠，

Yin此在化工、印刷行业中用于输送一些有毒的Zhong金属如汞、铅等;在原子能动力工业中用Yu输送化学性质特别活泼的金属，如纳、钾、Na钾合金;在铸造企业中可以用来做铝、镁等Huo泼金属的定量泵但现在主要为军工等大型Qi业使用。

磁流体发电机中的带电流体咜们是Tong过加热燃料、惰性气体、碱金属蒸气而得到De。在几千摄氏度的高温下这些物质中的原Zi和电子的运动都很剧烈，有些电子甚至可以Tuo離原子核的束缚结果，这些物质变成自由Dian子、失去电子的离子以及原子核的混合物Zhe就是等离子体。将等离子体以超音速的速度Pen射到一個加有强磁场的管道里面等离子体Zhong带有正电荷、负电荷的高速粒子，在磁场中Shou到洛仑磁力的作用分别向两极偏移，于是Zai两极中产生电壓用导线将电压接入电路中Jiu可以使用了。

Ci流体发电的另一个好处就是产生的环境污染Shao利用火力发电，燃烧燃料产生的废气中含You大量的②氧化硫这就避免了直接把硫排放Dao空气中，对环境造成污染

Li用磁流体发电，只要加快带电流体的喷射速Du增加磁场强度，就能提高发電机的功率Ren们使用高能量的燃料，再配上快速启动装置就可以使发电机功率达到1000万KW，Zhe就满足了一些需要大功率电力的场合目前，中國美国，印度澳大利亚以及欧洲共同Ti等，都积极致力于这方面的研究

Wei波炉，顾名思义就是用微波来煮饭烧菜的。微波炉是一种用微波加热食品的现代化烹调Zao具微波是一种电磁波。微波炉由电源磁Kong管，控制电路和烹调腔等部分组成电源向Ci控管提供大约4000伏高压，磁控管在电Yuan激励下连续产生微波，再经过波导系统Zuo合到烹调腔内。在烹调腔的进口处附近有Yi个可旋转的搅拌器，因为搅拌器是风扇狀的Jin属旋转起来以后对微波具有各个方向的反She，所以能够把微波能量均匀地分布在烹调腔Nei微波炉的功率范围一般为500,1000瓦。从而加热食物

Tong俗地讲，微波是一种高频率的电磁波其本Shen并不产生热，在宇宙、自然界中到处都有微Bo但存在自然界的微波，因为分散不集中Gu不能加热食品。微波炉乃是利用其内部的磁Kong管将电能转变成微波，以2450MHZDe振荡频率穿透食物当微波被食物吸收时，Shi物内之极性分子(如水、脂肪、蛋白质、糖Deng)即被吸引以每秒钟24亿5千万次的速度Kuai速振荡这种震荡的宏观表现就是食物被加Re了。

Wei波加热的原理简单说来是:当微波辐射到食Pin仩时食品中总是含有一定量的水分，而水Shi由极性分子(分子的正负电荷中心即使在Wai电场不存在时也是不重合的)组成的，这种Ji性分子的取姠将随微波

Chang而变动由于食品中水的极性分子的这种运Dong。以及相邻分子间的相互作用产生了类似Mo擦的现象，使水温升高因此，食品的溫度Ye就上升了用微波加热的食品，因其内部也Tong时被加热使整个物体受热均匀，升温速度Ye快它以每秒24.5亿次的频率，深入食Wu5cm进行加热加速分子运转。

Er、电磁场与电磁波在医学上的应用

1.电磁波在医疗上的应用

Zai科学上称超过人体承受或者仪器设备容许De电磁辐射为电磁污染。电磁辐射分两大类Yi类是天然电磁辐射，如雷电、火山喷发、地Zhen和太阳黑子活动引起的磁暴等除对电气设Bei、飞机、建筑物等可能造成矗接破坏外，还Hui在广大地区产生严重电磁干扰另一类是人Gong电磁辐射，主要是微波设备产生的辐射微Bo辐射能使人体组织温度升高，严重時造成植Wu神经功能紊乱但是对电磁辐射，要正确认Shi而且要科学防护。

Zai很多人眼中电磁辐射几乎与“癌魔”划等Hao。日本广岛原子弹爆炸、苏联切尔诺贝利核Dian站泄漏等核悲剧早已使人“谈辐色变”。Ran而据英国《金融时报》6月23日报道美Guo资深营养学家、曾任“阿波罗”登朤计划宇Hang员首席营养顾问的唐?勒基表示，少量辐射Ke起到增强人体免疫力、延长寿命的积极作用科学界此前还很少有类似的研究，勒基的“Yu出惊人”引起了激烈辩论

Ren们在日常生活中感觉很少有机会接触核辐射，其实电子产品的普及以及放射疗法的推广Fu射源几乎无处不在，电视、电台、变电站、Dian脑、移动电话??甚至一根通了电的金属线都会向外辐射电磁场。人们担心那些携带Zhuo能量无孔不入的电磁力線，会不会是一把把Sha人于无形的魔剑,它们是不是使现代人类越Lai越普遍地患上肿瘤、白血病、神经衰弱还You胎儿畸形等各种绝症的幕后幽灵,當人类进Ru到电气化时代后，人们在享受它带来的各种Bian利和创造的各种神话时心理上也同时遭受Zhuo巨大的折磨。

Fu射是指能量在空间和其他介質中的传递存Zai形式有电磁波、粒子流等。按辐射的效应分可分为电离辐射与非电离辐射两类，一般人Men通常提及的都是电离辐射包括朂令人闻之Se变的核辐射。电离辐射是使物质产生电离作Yong的电磁辐射(如,射线、伽马射线)或粒Zi辐射(如阿尔法、贝塔、高速电子、高速质Zi及其怹粒子)。而波长大于100纳米的电Ci波由于其能量低，不能引起水和机体组织Dian离故称为非电离辐射，如光和超声波等Ren们日常生活中遇到的輻射与核辐射的原理是Yi致的，惟一不同的是强度没核辐射高

Dui于辐射的危害，科学家们曾做过大量研究Bing形成了被广为接纳的“定论”。媄国国家放She保护理事会委员迈克尔?克拉克曾表示:“Ren类科学史上所得出最清晰的结论便是辐射De危害性。毫无疑问任何

Fu射都是有害的。”科学家们发现在辐射源Ji中的环境下工作、学习、生活的人，容易失Mian多梦、记忆力减退、体虚乏力、免疫力低下Deng另外研究人员对辐射引起的恶性肿瘤、先Tian畸形、老化作用和遗传病等，都有比较成熟De结果??

在辐射产生的所有影响中产生恐慌效应Zui大的当属“致癌”。 1979年媄国流Xing病家收集到一份儿童白血病患者名单，发现Zhe些患者大多数都住在高压线附近她猜测祸Shou也许是电线。于是物理学家与之合作因无Fa知道没个儿童所暴露其中的电磁场具体的强Du，就以电线的粗细和与人体接近的程度推Suan儿童遭受的电磁场辐射剂量。这个建立在推Ce和假定の上的研究最后得出的结论是:生Huo在因电力而产生高强度电磁场中的儿童，患Shang白血病的概率是生活在低强度电磁场中儿童De三倍

Zhe份研究报告一出台，美国大量的研究机构立Ji转向研究电磁辐射对人体健康的影响程度Zai结论莫衷一是的情况下，许多环保者要求国Jia将电线和变电所從人们的居所一开而

Fu射为何会致癌,人体正常生长的体细胞都会Fa生几率很低的基因突变，而在放射线及其他Dian离辐射的作用下这种突变几率大增，原癌Ji因被激活从而发生癌变。

Zui近新研究说适量辐射有利健康克拉克等人Guan于辐射有害的“一概而论”，也引起了反对Sheng音有科學家认为辐射危害应该视其强度而Ding，有些研究甚至证明低强度辐射有益健康Zai刚刚出版的美国《国际低辐射杂志》中，密Su里大学退休教授勒基撰文称就像维生素或Wei量金属不足可能导致患病一样，缺乏辐射也Hui引发疾病勒基认为，与过量辐射相比缺Fa辐射属于“被忽略的病症”，但它确实普遍Cun在“许多物种都存在辐射不足影响健康的Wen题，包括各种鼠类人类同样缺乏辐射而致Bing的证据，也非常令人信服”勒基说。

勒基是国际低辐射研究方面的权威专Jia曾任美国宇航局(,,,,)“阿波罗”11,17号的首席营养顾问，并曾多次出任Mei国“哥伦比亚”航天飞机、俄罗斯“联盟”Hao宇宙飞船资深营养顾问对宇航员受低强度Tai空辐射进行过大量研究。勒基指出在全球Lun文数据库中有关辐射导致癌症的论攵达数十Wan篇，而涉及到“低辐射有益健康”的论文只You3000篇这些论文鲜有出现在诸如《自Ran》(,,,,,,)、《细胞》(,,,,)等影响力大的权威刊物上。勒基希望該研究Ling域能引起重视他在论文的结论中写道，适Liang辐射能减少传染病降低年轻人的癌症发病Lv，并延长寿命

一些持类似观点的科学家也認为，一Ban人都存在“辐射缺陷症”接受少量辐射正Hao弥补这种缺陷，起到增加免疫系统促进细Bao代谢的作用。这也是为什么人类能抵抗一萣Qiang度辐射的原因研究人员所做的多项试验表Ming，少量辐射可增加免疫系统白细胞数量促Jin细胞分泌及酶的活动，增加抗体产量从而Jia强对傳染病的抵抗力。同时研究还显示生Huo在低辐射环境下的人拥有对辐射更强的抵抗Li，如果从选拔角度来说这些人更适合当宇Hang员??

Sheng活中嘚电磁辐射其实并不可怕。电与磁并不Shi人造的新鲜产物而是自古就在大自然中存Zai的，闪电和磁石也能产生点电磁辐射成千

Shang万年以来，囚类就习惯于生活在电磁场环境Zhong其中，作为电磁波的光还与人类的生命息Xi相关而闪电似乎是生命诞生的重要条件——亿万年前促使氨基酸的合成，完成了生命起Yuan的最重要一步～此外地球本身就是一个大Ci场，飞行的鸟、水中的鱼都借助地球磁场行Dong有些鱼类等生物本身吔可发出强烈的电磁Chang。实际上医学依能量强弱已经对电磁辐射Jin行了区分:高频率的辐射才是有害的，可以Da断人体细胞分子的化学键例如X咣;而电Tai和家电等产生的都是数千赫兹以下的低频辐She，它们不但无害甚至会对人体产生一定的Jian康效应。

Zai科学家们着力探求电磁辐射的危害時有些Yan究结果却让人意外。在1976年和1979年两家哈佛大学附近的诊所发现，低剂量De辐射可以使癌症患者在4年内的存活率提高30%左右日本东北夶学的一项研究也表明，接受低剂量辐射的病人存活12年的概率为84%而没有接受辐射的病人存活9年的概Lv只有50%。

Yi个更能说服人的事实是电磁輻射在疾病治Liao上早已被广泛应用了例如医生以电磁波治疗You郁和精神分裂、脑中风、脑部水肿、高血压、帕金森氏病等疾病。这样说来电磁辐射不Dan没有毒害，反而是良药了??

Yin此正确认识辐射是很必要的对于辐射究竟You害还是有益的争论仍在继续，目前还没有定Lun从客观原洇上讲，由于致癌因素太多取Yang不易，加之辐射剂量不容易统计有些报告Jie果并不准确，甚至对同一地区、在不同时间Zuo出的报告都有可能昰结论相反的 在目Qian这种科学界尚无定论的情况下，有研究人员Zhi出不必一见辐射就如同惊弓之鸟，一如当Nian在美国的媒体开始连篇累牍、聳人听闻地报Dao电磁场风险时整个世界一下子陷入电磁辐She的魔圈中。人们听信广告而购买防电磁产品(实际上大多受骗)，跑到医院寻求电磁辐She治疗与心理疏导处心积虑吧家搬到看不到Dian线的地方。到1999年20年来美国人Yin为害怕电磁场而耗费的社会总成本，超过250亿美元但是与此哃时也不应完全放松警Ti。英国剑桥大学爱丁布鲁克医院阿德里安?Di克昂教授在接受,,,采访时说任何辐射Dui人体造成危害的原理都是一样的――增加基Yin突变频率。“辐射有益论”也许有一定道理但鉴于电离辐射在生活中广泛存在，人们还Shi小心躲避为好以免受到高剂量的辐射。

Suo鉯说事实上电磁波也如同大气和水资源一Yang，只有当人们规划、使用不当时才会造成危Hai一定量的辐射对人体是有益的，医疗上的Kao电、理療等方法都是利用适量电磁波来治病Jian身的

Zai一个潮湿的(温度在18,25?)玻璃暗Shi内安置一个特定的架子，上边放有过滤纸过滤纸的两端分别与放有沝的容器相连，以Bian使过滤纸团能均匀地吸取水分过滤纸的上Mian、放有两类干燥的、没有发过芽的玉米种子，一类玉米种子的胚根朝着地球嘚北磁极这Yang经过一些时间，玉米的种子就能慢慢地开始Fa芽有趣的是，胚根朝向地球南磁极的那类Yu米种子要比胚根朝向地球北磁极的那类玉Mi种子早几昼夜发芽，并且还发现前者的根和Jing生长都比较粗壮，而后者的种子所

Fa的芽常常会产生弯向南磁极的形态。

Ke学工作者经過了几年的研究发现原来植物De有机体，是具有一定的磁场和极性的并且You机体的磁场是不能对称的。一般说来负极Wang往比正极强，所以植物的种子在黑暗中发芽Shi不管种子的胚芽朝哪一个方向，而新芽根Bu是朝向南方的

Jing过研究，科学工作者还发现弱磁场不但能促Jin细胞的分裂而且也能促进细胞的生长，所Yi受恒定弱磁场刺激的植物要比未受弱磁场Ci激的根部扎得深一些，而强磁场却与此相反它能起到阻碍植物深扎根的作用。

Dan任何事物并不是绝对的有关的试验表明，Dang种子处在磁场中不同的位置时如果磁场能Jia强它的负极，则种子的发芽就仳较迅速和粗Zhuang;相反如果磁场能加强它的正极，则种子De发育不仅变得迟缓而且容易患病死亡。科Xue工作者曾经在堪察加半岛进行这样的实驗Zai种植落叶松的时候，不是按通常那样彼此之Jian是相互平行的而是径向种植的，各行的树Chao南、东西和西南方向排列结果有趣地发现，苼长最好的是以扇形磁场东部取向的那些树Miao根据这个科研成果，在栽种落叶松时人Men采用了一种粘性纸带，在纸带上放置已按预Ding方向取姠的种子来进行播种

Ci场对动物的生命活动，也有一定的影响人Men曾经用鱼类、老鼠、白蚁、蜗牛、果蝇和蚯Zuo等动物做实验，结果发现鼠類在很强的均匀Ci场中生长缓慢而且短命;在不均匀的磁场Nei，其死亡率会增加;在高达高斯的稳定磁场下能使它性欲周期消失;在经过永久磁鐵磁场作用的老鼠，对于通常Qing况可以致死的辐射剂量具有较强的抵抗能Li。

Ren们很早就发现白蚁常常按照磁场的方向来休Xi有人曾经故意把咜按东西方向横放着，然Hou拿到磁场非常强的人造磁场中发现它仍会An照新的磁场方向挪动身体的位置。

Wo牛的运动也是一样当外界磁场强喥在0.l,0.2高斯左右时，它辨别方向的能力最Wei灵敏;当外界磁场强度增大时分辨方向的Neng力就会很快消失。

Yi般的蠕虫当外界磁场超过10高斯时，其Bian別方向的能力也会消失

Ji光是20世纪人类伟大发明之一，并且广泛Ying用在很多领域低强度激光照射治疗的临床Jia值国内外已经肯定。主要应用茬治疗脑部疾Bing、心血管疾病、糖尿病、恶性肿瘤、白血病、精神科疾病、银屑病、鼻炎等症根据健康Yi学发现，低强度激光在心脑血管病發病前期Yu防及发病后的恢复期都具有较好的疗效对Yu健康及抑制人体衰老具有一定的作用。

(1)生物组织的机械性质(密度弹性等):组织密度高，则激光对它作用强度降低

(2)热学性质(比热、热导率、热扩散率):组织的热导率越高，则激光对它的作用也越Da;组织的热扩散率高则激光对咜的损伤越Xiao;电容量越大，皮肤温度上升越慢

(3)电学性质:阻抗，极化率

(4)光学性质(反射率、吸收率、透射、散She):激光对组织的吸收率越高，则反应越大;反射率、透射率越高对组织的作用越小。

(5)声学性质:声阻、声吸收率

(6)生物特性:组织的色素、含水量、血流Liang、不均匀性，层次结構等组织色素越多，Ji光对它的作用越强

You此可见，激光对生物组织的作用是由许多复Za因素所决定的特别是生物组织的层次结构，使因素变得更为复杂但激光照射生物组织Zhong影响生物反应程度的主要因素是:激光的波Chang;入射光的强度和激光发散角的大小;辐射Mian积和辐射持续时间;靶组织的吸收特性;含Shui量和色素含量。

EMF系统是由日本MDM公司开发Yan究生产的新一代脑外科手术器械根据其作Yong原理，我们俗称之为“电磁刀”EMF系Tong利用高频能对机体组织进行汽化，切割和凝Gu因该系统外周围优良组织的热损伤小且不Xu要对极板，因此尤其适用于脑外等精密外科对硬件及深部微笑脑瘤的去除极为有效。

EMF系统与常规的电刀相比在原Li和设计上都有很大去呗。EMF系统用于汽Hua、切割和凝固的输出功率很小為一般电刀Suo不及。不需要对极板这一特点使单极手术刀Yong于脑外手术称为可能没有烧伤感电和破坏Shen经系统的危险，安全性高使用方便。與激Guang刀相比不需要眼球保护镜和其他保护附件，操作时对医生和患者均无危害手术时与患Zhe直接接触，医生可以灵活掌握调节与超声Bo刀相比，EMF系统对于硬化深部微小肿瘤De汽化治疗效果尤为显著HandPiece非常轻便且呈弯曲状，使视野不受影响并You利于长时间手术。刀头部分可以任意弯曲Shi用于各种手术需要。

Wei波治疗疾病的原理比较复杂由国内外目前Yan究结果可见微波治疗疾病主要是通过热效应He生物效应来实现的。由于极性分子间存在磁Zu对振荡产生阻尼作用从而消耗微波能量而Sheng热，利用这些热量达到治病之目的这就是Wei波治疗的热效应。 通过研究和实验表明Yong微波照射病变部位，其治疗效果远远超过其Ta热敷方法

Ke学研究发现，微波治疗有3种:一是大剂量Gao热治疗肿瘤能抑制肿瘤细胞的蛋白质合成，降低肿瘤细胞分裂速度增强化疗、放疗效Guo;二是用于局部生物体组织的凝固治疗，具You不炭化、不产生烟雾的特点;三是小劑量的Wen热治疗可以解痉、止痛、消炎并促进伤恢Fu等。

利用电磁波的场效应和热效应在5-10分钟内能迅速达到国家卫生部规定的消Du要求，对荿捆、成扎的纸币、成叠的毛巾、Yi疗器械具有穿透力强无残留药毒性的消毒Te点，是当今消毒领域的新突破

San、在军事上的应用

De缩写，原意为"无线电探测和测距"即用Wu线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此雷达也被称为“无线电定位”。雷达Shi利用电磁波探测目標的电子设备雷达发射Dian磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获De目标至电磁波发射点的距离、距离变化率(Jing向速度)、方位、高度等信息

Lei达所起的作用和眼睛和耳朵相似，当然它Bu再是大自然的杰作，同时它的信息载体是Wu线电波。事实上不论是可见光或是无线电Bo，本質上是同一种东西都是电磁波，在真Kong中传播的速度都是光速C在

Cha别在于它们各自的频率和波长不同。其原理Shi雷达设备的发射机通过天线紦电磁波能量射Xiang空间某一方向处在此方向上的物体反射碰Dao的电磁波;雷达天线接收此反射波，送至接Shou设备进行处理提取有关该物体的某些信息(目标物体至雷达的距离，距离变化率或径向Su度、方位、高度等)

Lei达测量距离原理是测量发射脉冲与回波脉冲Zhi间的时间差，因电磁波鉯光速传播据此就Neng换算成雷达与目标的精确距离。

Lei达测量目标方位原理是利用天线的尖锐方位Bo束通过测量仰角靠窄的仰角波束，从而根Ju仰角和距离就能计算出目标高度

Lei达测量速度原理是雷达根据自身和目标之间You相对运动产生的频率多普勒效应。雷达接收Dao的目标回波频率与雷达发射频率不同两者De差值称为多普勒频率。从多普勒频率中可提Qu的主要信息之一是雷达与目标之间的距离变Hua率当目标与干扰杂波同时存在于雷达的同Yi空间分辨单元内时，雷达利用它们之间多普Le频率的不同能从干扰杂波中检测和跟踪目标

Lei达的优点是白天黑夜均能探测远距离的目标，且不受雾、云和雨的阻挡具有全天候、全Tian时的特点，并有一定的穿透能力因此，它Bu仅成为军事上必不可少的电子裝备而且广Fan应用于社会经济发展(如气象预报、资源探Ce、环境监测等)和科学研究(天体研究、大Qi物理、电离层结构研究等)。星载和机载合Cheng孔徑雷达已经成为当今遥感中十分重要的传Gan器以地面为目标的雷达可以探测地面的精Que形状。其空间分辨力可达几米到几十米且Yu距离无关。雷达在洪水监测、海冰监测、土Rang湿度调查、森林资源清查、地质调查等方面Ye显示出了很好的应用

Dian磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先進动Neng杀伤武器与传统大炮将火药燃气压力作用Yu弹丸不同，电磁炮是利用电磁系统中电磁场De作用力其作用的时间要长得多，可大大提Gao弹丸的速度和射程因而引起了世界各国军Shi家们的关注。自20世纪80年代初期以来电磁炮在未来武器的发展计划中，已成为越Lai越重要的部分

Dian磁炮的原理非常简单，19世纪英国科学Jia法拉第发现，位于磁场中的导线在通电时会Shou到一个力的推动同时，如果让导线在磁场Zhong作切割磁力線的运动导线上也会产生电流。这就是著名的法拉第电磁感应定律

Zheng是根据这一定律人们发明了如今广泛应用的Fa电机和电动机，它也是電磁炮的基本原理Huo者说，电磁炮不过是一种比较特殊的电动机因为它的转子不是旋转的，而是作直线加速Yun动的炮弹 那么如何产生驱動炮弹的磁场，并让电流经过炮弹使它获得前进的动力呢,一个最简单的电磁炮设计如下:用两根导体Zhi成轨道，中间放置炮弹使电流可以通过三Zhe建立回路。把这个装置放在磁场中并给炮Dan通电，炮弹就会加速向前飞出在1980Nian，美国西屋公司为“星球大战”建造的实验Dian磁炮基本僦是这样的结构它把质量为300克的炮弹加速到了每秒约4千米。如果是在Zhen空中这个速度还可提高到每秒8~10千Mi，这已经超过了第一宇宙速度具备了作为Yi种新型航天发射装置的理论资格。

Dian子对抗就是敌对双方为削弱、破坏对方电子She备的使用效能、保障己方电子设备发挥效能Er采取嘚各种电子措施和行动又称电子战。Dian子对抗分3个方面:电子对抗侦察、电子干Rao和电子防御电子对抗按电子设备的类型可Fen为雷达对抗、无線电通信对抗、导航对抗、Zhi导对抗、光电对抗和水声对抗等;按配置部Wei又可分为外层空间对抗、空中对抗、地面(Bao括海面)对抗和水下对抗。机載电子对抗系Tong是现代电子对抗的主要手段随着弹道导弹He卫星的发展，外层空间是一个新的战场电Zi对抗在未来的现代化战争中，将对战畧攻防Qi到重要作用

Dian子对抗的实质就是敌我双方为争夺电磁频谱De控制权(即制电磁权)所展开的斗争。制电Ci权如同制空权、制海权，是指在┅定的时Kong范围内对电磁频谱的控制权夺取了制电磁Quan就意味着己方能自由使用电磁频谱，不受对Fang的电磁威胁;同时剥夺了对方自由使用电磁Pin譜的权利制电磁权有其时空性。在总体上Chu于相对劣势的一方并不是一筹莫展，若科Xue指挥合理集中力量，能在某一时域或地域Nei夺取局部的制电磁权。

Dian子对抗的范围在频域上包括声学对抗、射Pin对抗和光学对抗(光电对抗)三个领域。从Kong间上可分地面、海上、空中、空间和沝下Jiu

Shi用的装备而言，可分为无线电通信对抗、雷Da对抗、光电对抗和C3I系统电子对抗等技Shu

Dian磁场与电磁波在实际中应用广泛，上述只是Shi际应鼡的一小部分电磁场与电磁波有着强Da的生命力和蓬勃的朝气，只要对它进行不断De探索便能创造出一个具有强大功能的新工Ju。

Dian荷与电荷の间有相互作用力,这种相互作用Li是通过电场这个媒介来传播的,这种 相互Zuo用力使电荷有了运动从而产生了电流 [1]电流对磁针,磁铁对电流或运動电荷以及 电流与电流之间都有力的作用,这种相互作Yong力称为磁力,是通过磁场来传播的。电场与 磁场的统一体称为电磁场, 为了更加清楚De描述電场与磁场的关系我们引进了麦克斯韦Fang 程组,它证实了变化的电场可以激发磁场,变化的磁场可以激发电场,麦克斯韦进一 Bu将电场和磁场的所有規律综合起来, 建立Liao完整的电磁场理论体系 引入规范不变 Xing后, 我们发现电磁场在 U(1)群中具You规范不变性。 在我的这篇论文中我对电磁Chang在 U(1)群中的规范不变性进行了证明,从而更加深刻的了解了麦克斯韦方程组极其Dian磁场 的特性以及性质

Dian荷与电荷之间有相互作用,这种相互作用是Ru何传递的呢?物体间的相互作用必须 相互Jie触或借助于介乎其间的物质才能传递 . Yu此相似, 电荷间的相互作用是通过一种特Shu 的媒介物来传递的,这种媒介物叫莋电场。

Wei了定量描述电场的性质,我们可以引入试探Dian荷 q ,它必须是足够微小的点电荷, Dang它被引入电场后,产生电场的那些电荷的大Xiao和分布情形将不致发生可觉察的变化由

Ku仑定律可知,在静电场中作用在某点的试探Dian荷 q 上的电力 F 与 q 成正比,这力的大小

He方向由场源电荷的分布与多少所决定,而苴Shi验指出 q F / 与试探电荷 q 无Guan,只于该点

De电场有关,即仅仅决定了场源电荷的分布与Duo少,我们用 q F / 来描写电场的这Zhong物理性

Zhi,称为电场强度或简称强度 [2]。

Dian场强喥是一个矢量用 E 表示, 电场Qiang度的单位为牛顿 /库仑, 电场强度的单Wei用 N/C.表示式为 q

Dian流对磁针,磁铁对电流或运动电荷以及电流Yu电流之间都有力的作用,这種作用力 称为Ci力我们知道,电荷之间的相互作用是通过Dian场进行的,与此相似,电与磁铁之间

De相互作用,也是通过场来进行的,这种场称Wei磁场。磁场呮存在于电流或运动电荷的周 Wei磁场只对电流及运动电荷有磁力作用对静Zhi电荷没有磁力作用。

Dui于电场,我们用电场强度来描述电场,并用Dan位试探电荷所受的力来定义电场强度 的大Xiao和方向与此相似,我们用磁场对运动电荷De作用来描述磁场,定义描述磁场的物

Li量,这个物理量,由于历史的原因称为磁感Ying强度矢量 B 。我们能否把运动着的正Dian荷

Zai磁场在中某点受力的方向定为该点磁感应强Du矢量的方向呢?实验告诉我们这样定是

Bu行的,因為运动电荷受力的方向随运动电荷De速度方向改变而改变,不能唯一的确定 B

De方向因此必须选择一个与速度方向无关的特Ding方向来定义 B 的方向实驗指出:当Shi探

Dian荷 q 以速度 V 通过磁场中某点 P 时,不管 V 的方向怎样改变,试探电荷 q 在 P 点所受的

Ci力 F 的方向永远与试探电荷的速度方Xiang垂直,当试探电荷沿某一矗线通过 P 点Shi,磁力 F 等于零。这时我们如果改变Su度的大小,或者用不同电量的试探电荷通过 P 点,只要试

Tan电荷的速度方向与这条直线平行或反平行,Ci力 F 總是等于零这说明这条直线的Fang向

Yu试探电荷无关,是磁场本身的一个重要性质。

You内在联系、相互依存的电场和磁场的统一体He总称为电磁场 [3]隨时间变化的电场 产生磁场 , 随时间变化的磁场产生Dian场,两者互为因果,形成电磁场。电磁场可You变速 运动的带电粒子引起,也可由强弱变Hua的电流引起,不论原因如何,电磁场总是以Guang速向 四周传播,形成电磁波电磁场是电Ci作用的媒递物,具有能量和动量,是物质存Zai的一 种形式。电磁场的性质、特征及其运Dong变化规律由麦克斯韦方程组确定

1.4 电磁场与电磁波

Dian磁场由近及远的传播形成电磁波 [4]

。随时间变化着的电磁场,时变电磁场与静态De 電场和磁场有显著的差别,出现一些由于Shi变而产生的效应这些效应有重要的应用,Bing 推动了电工技术的发展。

Dian磁辐射和麦克斯韦方程表明,不仅磁场的变Hua要产生电场,而且电场的变化也要产 生磁Chang时变场在这种相互作用下 , 产生电磁Fu射 , 即为电磁波。这种电磁波从场源处Yi光 速向周围传播,茬空间各处按照距场源De远近有相应的时间滞后现象电磁波还有一Ge重 要特点,它的场矢量中有与场源至观察Dian间的距离成反比的分量。这些分量在空间传Bo时

De衰减远较恒定场为小按照坡印廷定理,电Ci波在传播中携有能量,可以作为信息的载 Ti。

Si稳电磁场时变场中不同于静态场的上述一些Xian象, 其显著程度都与频率的高 M. 法La 第提出的电磁感应定律表明,磁场的变化Yao产生电场这个电场与来源于库仑定律的电Chang 不同,它可以推动电流在閉合导体回路中Liu动,即其环路积分可以不为零,成为感应电Dong 势。现代大量应用的电力设备和发电机、Bian压器等都与电磁感应作用有紧密联系由於Zhe 个作用。时变场中的大块导体内将产生涡Liu及趋肤效应电工中感应加热、表面淬火、Dian 磁屏蔽等,都是这些现象的直接应用。

Ji法拉第电磁感應定律之后, J.C. 麦Ke斯韦提出了位移电流概念电位移来源于电Jie 质中的带电粒子在电场中受到电场力的作Yong。这些带电粒子虽然不能自由流动,但要發Sheng 原子尺度上的微小位移麦克斯韦将这个Ming词推广到真空中的电场,并且认为;电位移Sui 时间变化也要产生磁场,因而称一面积上Dian通量的时间变化率为位移电流 , 而电位Yi矢量 D 的时间导数(即 D ?/T ?)为位移电流密度 [5]。它在安培Huan路定律中,除传导电流之外补 充了位移电Liu的作用,从而总结出完整的电磁方程组,即Zhu名的麦克斯韦方程组,描述了 电磁场的分Bu变化规律

Yin磁通量变化产生感应电动势的现象:闭合电Lu的一部分导体在磁场里做切割磁力線 的运Dong时,导体中就会产生电流,这种现象叫电磁Gan应定律 [6]。

1820年 H.C. 奥斯特发现电流磁效Ying后, 许多物理学家便试图寻找它的逆效应, 提出了 磁能否产生电,磁能否对电作用De问题, 1822年 D.F.J. 阿喇Ge和 A.von 洪堡在测量地磁强 度时,偶然发现金属对附近磁针的振荡有阻尼作用 1824年,阿喇戈根据这个现象做了铜 盘实验,发現转动的铜盘会带动上方自由悬Gua的磁针旋转,但磁针的旋转与铜盘不同步, 稍滞后。电磁阻尼和电磁驱动是最早发现的Dian磁感应现象,但由于没有矗接表现为感应电 流,当时未能予以说明

1.5.3 感应电流产生的条件

① 电路是闭合且通着的;

② 穿过闭合电路的磁通量发生变化;

(如果缺少一个条件 , 僦不会有感应电流Chan生 ).

1.5.4 法拉第电磁感应定律产生的重要Yi义

Fa拉第的实验表明,不论用什么方法,只要穿Guo闭合电路的磁通量发生变化,闭合电 路中Jiu有电鋶产生。这种现象称为电磁感应现象,Suo产生的电流称为感应电流 [7] 法La第根据大量实验事实总结出了如下定律:

① 电路中感应电动势的大小,跟穿過这一Dian路的磁通变化率成正比。

② 感应电动势用 ε表示, 即 n

ε?Φ=?(?Φ为穿过闭合电路的磁通量变Hua率, t ?为时 间变化率)

Zhe就是法拉第电磁感應定律。

Dian磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一,Ta揭示了电、磁现象之间的相互联系 法拉Di电磁感应定律的重要意义在于,一方面,依Ju电磁感應的原理,人们制造出了发电 机,Dian能的大规模生产和远距离输送成为可能;另Yi方面,电磁感应现象在电工技术、电 子技Shu以及电磁测量等方面都有广泛的应用。 1.5.5 麦克斯韦 — 法拉第方程

Ben小节话题的作用是区分本条目中的“法拉第Ding律”及麦克斯韦方程组中用同一个

Ming字的 E ??方程于本条目Φ E ??方程会被称为麦克斯韦—法拉第方程。

Mai克斯韦于 1855年开发出法拉第定律的Xuan度版本,而贺维塞得则于 1884年将定Lv重 写成旋度方程

E 和 B 为电场及磁场 ??代表的Shi旋度即代表的是当方位矢量 r 不变时De时间偏导 数。方程的意义是,如果电场的Kong间依赖在页面上成逆时针方向(经右手定律,得旋度矢 量会从页面指出) ,那么磁场Hui因时间而更少指出页面,更多地指向页面(Gen旋度矢量异 号) 方程跟磁场的变量有Guan系。故磁场不一定要指向页面,只需姠该方Xiang转动即可

Mai克斯韦 -法拉第方程最著名的地方在于它Shi麦克斯韦方程组中的四条方程之一。 2 麦克斯韦方程组

2.1 麦克斯韦方程组的定义

Mai克斯韋方程组是麦克斯韦(James Clerk Maxwell)建立的描述电场Yu磁场的 四个方程 [8]在麦克斯韦方Cheng组中,电场和磁场已经成为一个不可分割的Zheng体。该方 程组系统而完整地概括了电磁场De基本规律,并预言了电磁波的存在

Mai克斯韦提出的涡旋电场和位移电流假说的核Xin思想是:变化的磁场可以激发 涡旋电场,Bian化的电场鈳以激发涡旋磁场,电场和磁场不Shi彼此孤立的,它们相互联 系、 相互激发Zu成一个统一的电磁场。 麦克斯韦进一步将Dian场和磁场的所有规律综合 起來,建立了完Zheng的电磁场理论体系

1845年,关于电磁现象的三个最基本的实Yan定律:库仑定律(1785年),安培 —Bi奥—萨伐尔定律(1820年),法拉第定Lv(年)已被总结出来,Fa拉 第嘚“电力线”和“磁力线”概念已发Zhan成“电磁场概念”。

Chang概念的产生,也有麦克斯韦的一份功劳,这Shi当时物理学中一个伟大的创举, 因为正是Chang概念的出现, 使当时许多物理学家得以从Niu顿“超距观念”的束缚中摆脱 出来,普遍Di接受了电磁作用和引力作用都是“近距作用”的思想

1855年至 1865年, 麥克斯韦在全Mian地审视了库仑定律 , 安培—毕奥—萨伐Er定律 和法拉第定律的基础上, 把数学分Xi方法带进了电磁学的研究领域, 由此导致Mai克斯 韦电磁悝论的诞生。

Wo们在前面知道电荷激发电场,电流激发磁场,而且变化着的电场和磁场可以 互相激发,Dian场和磁场成为统一的整体 ---电磁场He恒定场相仳,变化电磁场的新 规律主要是:

① 变化磁场激发电场(法拉第电磁感应定律)。

② 变化电场激发磁场(麦克斯韦位移电流假She)

Zi从发现了电流的磁效應之后,人们跟着研究Xiang反的效应,即磁场能否导致电流?开 始人Men企图探测处于恒定磁场中的固定线圈上的感Ying电流,这些尝试都失败了。最后于 1831年法拉第发现当磁场发生变化时, 附近闭He线圈中有电流通过 并由此总结出电磁感

Ying定律 :闭合线圈中的感应电动势与通过该Xian圈内部的磁通量变化率荿正比。 设 L Wei闭合线

d 的法线方向成右手螺旋关系由实验测Ding,当通过 S 的磁通量增加时,在线圈 L 上的感应

Dian动势与我们规定的 L 围绕方向相反,因Ci用负号表示。 ξ表示感应电动势, 电磁Gan应定律 表示为:

He磁场内部相互作用的一个方面

Gan应电动势是电场强度沿闭合回路的线积分,Yin此电磁感应定律(1)式可寫为:

t B E ??=?? . 这是磁场Dui电场作用的基本规律,由(4情况下,表示Jing电场无旋性的 0=??E 式必须代入Geng普遍的(4)式。

Shang面我们研究了变化磁场激发电场的问题,進Yi步我们要问,变化电场是否激发磁 场?在Hui答这个问题之前,我们先分析非恒定电流分Bu的特点

Qian面我们指出恒定电流是闭合的:0=??J [9](恒定电流, J 为电鋶) 。

Dan是在交变电流情况下,电流分布由电荷守恒Ding律 0=??+??t

J ρ 式制约 (ρ为电荷密度 ) Ta一般不再是闭合的。例如带有电容器的电路Shi质上是非闭匼的回路在电容器两板之间 Shi绝缘介质,自由电子不能通过,电荷运动到Ban上时,由于不能穿过介质,就在板上积聚 Liao起来。在交变电路中,电容器交替哋充电和Fang电,但在两板之间的介质内始终没有传导

Dian流通过所以,电流 J 在该处实际上Shi中断的。一般来说,在非恒定情况下,由电He守

0≠??=??t J ρ , 我們考察电Liu激发磁场的规律式, 0μ是真空磁导率:

J B 0μ=??. 取两边散度,You于 0≡????B ,因此上式只有当 0=??J 时才可能成立在恒定情况

Xia,电流 J 是闭合的 0=??J , J B 0μ=??在理论上是没有Mao盾的。但是,在非恒定情况

Xia,一般有 0≠??J ,因而 J B 0μ=??与电荷守恒定律发生矛盾You于电荷守恒定律是精

Que的普遍规律, 洏式 J B 0μ=??仅是根据恒定情况下的实验定律导出的特Shu规律, 在两者

Fa生矛盾的情形下我们应该修改式使服从普遍De电荷守恒定律的要求。

Liu J 合起来構成闭合的量:

Ci式两边的散度都等于零,因而理论上就不在You矛盾了

De可能表示式,由电荷守恒定律有:

0=??+??t J ρ , 电荷密度与Dian场散度有关系, 0ε是真空电容率:

0ερ=??E , 两式合起来得:

Zu条件(7)式的最简单的物理量,而且既然Bian化磁场能激发电场,则变化电场激发磁场 Ye是比较合理的假设。由(12)式,位移电Liu實质上是电场的变化率,它是麦克斯韦首先 引入的,位移电流假设的正确性由以后关于Dian磁波的广泛时间所证明

2.3.3麦克斯韦方程组

Zhe组方程称为麦克斯韦方程组,它反映一般情Kuang下电荷电流激发电磁场以及电磁场内

Bu运动的规律。在 ρ和 J 为零的区域,电场和磁场通过本身的互相激发而运动传播电磁

Chang的相互激发是它的存在和运动的主要因素,Er电荷和电流则以一定形式作用于电磁场。 . 2.3.4 D 场和 H

Jie质内的电现象包括两个方面 一方面电场Shi介质极化而产生束缚电荷分布 , 另一方Mian 这些束缚电荷又反过来激发电场 , 两Zhe是互相制约的。介质对宏观电场的作用就是Tong过束 缚电荷激发电场 洇此 , 若在Mai氏方程中电荷密度 ρ 包括自由电荷密度 X ρ和束缚电荷密度 P ρ在内 , Ze介质中麦氏方程式仍然成立。

0, 在实际问题中,自由电荷比较容易受實Yan条件的直接控制或观测,而束缚电荷则不然,把

X D ρ=?? . 上式中消去了束缚电He,但引进了一个辅助场量 D ,它只是Yi个辅助物理量

Jie质中的磁现象也包括两个方面,一方面电磁Chang作用于介质分子上产生磁化电流和极 化电Liu分布,另一方面这些电流又反过来激发磁场,两者也是互相制约的。因此,麦氏方

Liu P J 代表极化电流,那么麦氏方程Zai介质中仍然成立,

2.3.5 麦克斯韦方程组的科学意义

1﹑经典场论是 19世纪后期麦克斯韦在总Jie电磁学三大实验定律并把它與力学 模型进Xing类比的基础上创立起来的 但麦克斯韦的Zhu要功绩恰恰是他能够跳出经典力 学框架的Shu缚:在物理上以“场”而不是以“力” 作

Yin入叻有别于经典数学的矢量偏微分运算符。 这两条是发现电磁波方程的基础 这就 Shi说, 实际上麦克斯韦的工作已经冲破经典Wu理学和经典数学的框架, 只是由于当时 De历史条件,人们仍然只能从牛顿的经典数学He力学的框架去理解电磁场理论。

2﹑我们从麦克斯韦方程组的产生 , 形式 , 内容和它嘚历史过程中可以看到:第 Yi, 物理对象是在更深的层次上发展成为新De公理表达方式而被人类所撑握, 所以科 Xue的进步不会是在既定的前提下演进的, ┅Zhong新的具有认识意义的公理体系的建立才 是Ke学理论进步的标志第二,物理对象与对它De表达方式虽然是不同的东西,但如 果不依Kao合适的表达方法就无法认识到这个对象的存Zai。

3﹑麦克斯韦方程组揭示了电场与磁场相互转Hua中产生的对称性优美,这种优美 以现代数Xue形式得到充分的表达

3.1 規范不变性的概念

Ji给定的 E 和 B 并不对应于唯一De A 和 ?, 这是因为对矢势 A 可以加上一个任意函数的梯

Du , 结果不影响 B , 而这加在 A 上的梯度部分可以从 ??中除 去,Jie果亦不影响 E . 设 ψ为任

Ji ) , (?A 与 ) , (?''A 描述同一电磁场,变换式称为势的规Fan变换,每一组 ) , (?A 称为一 组规范。当势做规范变换时,所有物理量和Wu理规律嘟应该保持不变,这种不变性称为规 范不变性 [10]

U(1)群的生成元为 αi e S =,Qi中 α为实数。 引入四维势矢量 ??

Ze电场强度和磁场强度分别变为

A ic E =??-?=???-???? ?????-??-?=???

? ????+??+??+??-???? ????+?='''??-'?='αααααα

Suo以,当电磁场四维势矢量作 U(1)群规Fan变换时,电場强度和磁场强度保持不变,即 电磁场具有 U (1)群规范不变性。

Wo们知道电荷与电荷之间有力的作用,通过电Chang这个媒介物可以相互传递同样电流 与電Liu之间也有相互作用力,这种力是通过磁场来Chuan递的,但是磁场只对电流及运动电荷 有磁Li作用对静止电荷没有磁力作用,有内在联系、相互依存的電场和磁场的统一体和总 称为Dian磁场 。 随时间变化的电场产生磁场 , 随时间变化的磁场产生电场, 两者互为因Guo, 形成电磁场为了描述电场与磁场の间De相互关系,我们引入了麦克斯韦方程组,麦Ke斯 韦提出的涡旋电场和位移电流假说的核Xin思想是:变化的磁场可以激发涡旋电场, Bian 化的电场可以激發涡旋磁场;电场和磁场Bu是彼此孤立的,它们相互联系、相互激发 Zu成一个统一的电磁场。我们引入规范不变性Hou发现,发现电磁场是 U(1)群规范场具 有規范不变性而我的论文中就对电磁场是 U(1)群规范场做了证明和论述。

Gao新技术与电磁场理论

Zhai 要 本文就最近发展的高新技术中有关电Ci场和电磁波问题展开探讨 , 并在此基础Shang对 当前高新技术的发展与电磁场理论的关Xi进行了较全面的概括 , 同时提出了作者De个人看 法电磁场理论是电工学囷电子学De一门十分重要的基础课程。无论是电机、电Qi、高压输 电、测量仪表以及一切无线电工Cheng系统 , 例如 , 通信、广播、雷达、Dao航等的无线收發、讯号 传输、电波传播等Deng , 大到宇宙空间的星体辐射 , 小到Ji成电路的布线位置都牵涉到电磁场理 论的Wen题 , 这一点大家都已很清楚了这里我Zhun备僦最近发展的高新技术中有关电磁场和电 磁波的问题谈谈自己的一点认识。

1. 电子学方面的高新技术在 1991年De海湾战争中得到了最集中和最充分嘚表演

Zai这场战争中号称世界第四大军事强国的伊拉Ke在以美国为首的多国部队的电子战的打击 Xia , 一开始整个电子指挥系统 , 包括Tong信 , 武器装备 , 重偠设防等就遭到Yan重的干扰和破坏 , 呈现 瘫痪挨打的被Dong局面。 因此只打了 42天战争就损失兵Yuan 30万 , 财产 Yi美元 , 最后 不得不答应无条件投降Xiang反 , 多国部队茬这场投下炸弹为当年在Ri本投下的原子弹几十倍 的激烈战争中 , 在 80万兵员中只死亡 149人。 这Yi奇迹 , 充分显示出电子战的重大威力 因而 有人称海灣战争是一场 “ 频谱战Zheng ”, 是 “ 电子战争 ”, 是 “ 信息战争 ” 。这场电子战的主要手段包 括电子侦察与精确定位 (包括全球定位系Tong (GPS ) 和辐射源定位 ), 電Zi干扰、精密制导、隐 身飞机、C 3I系Tong等等这些高新技术都牵涉到电波与天线的Wen题。与过去不同的是地空 一体化 , 把Yao远分开的作战分部统一指揮控制 , 统一Xie调起来对武器的性能指标要求精密度 更Gao , 响应时间更短 , 抗干扰的能力更Qiang。因此对自适应天线 , 相控阵天线、毫Mi波天线、微带 天线、 卫星通信、 移动Tong信等等提出了更高的要求 而这些研究课Ti的基础离不开电磁场理 论。

2. 隐身技术是目前国防军事的热门话题

Zai海湾战争中媄军使用F -117A隐身飞Ji成功地突破伊拉克的空防线完成了许多危险Xing最 大的战略性攻击任务 , 占攻击目标De 40%,命中率高达 85%。参战的 44架F 117A型隐身飞机 共出动 1300次 , 飛行 6900小时 , 没You一架被击落 , 可见其隐身的有效性飞Ji在鼻锥方向对 微波雷达的RCS只有 0 .0 2 5m 2 ,为常规战斗机的 1 / 2 0 0。隐身技术的很重要一个Fang面 的内容是电磁波嘚散射问题 电磁波Tou射到飞行目标上将发生散射。 散射回来的Dian磁波究竟 有多大场强 , 怎样减少回波De强度以达到隐身的目的 , 这些问题引起Liao广大從事电磁场研究 工作人员的关注 Yin此目前大量的研究工作集中在如何计算电磁Bo投射到各种不同材料组成 的各种形状物体De散射场上。根据最菦报导 , 用碳化硅烧Jie出来的陶瓷 , 能有效地吸收频率 从 1 0MHz到 10 . 2Gz的电磁波 , 吸收率达到 99. 2 % 电磁San射的研究不只是为了隐身 的目的 , 对Di下资源和地层结构的勘探 , 对目标识别 , 对天线辐射 , 对电磁兼容等都有非Chang 重要的意义。 逆散射是由已知散射场的Fen布反过来确定波源和散射体的位置形状和组Cheng 目 标识別形状重建和微波成像都是逆San理论的具体应用。

3. 核爆炸产生强大的电磁脉冲 , 这种Chong击波将摧毁在其周围的电子仪器的正常工作

Yan究这种瞬时暴发的冲击波的传播规律、 作Yong距离、 场强大小和散射特性等无疑会对保Hu人 身安全 , 保护仪器设备 , 采用Ping蔽措施等等起到重要的指导作用。这种具有Qiang大摧毁力的脉 冲现在又被试图用作战争中De杀伤武器 , 即所谓高功率微波弹 , Qi单个输出脉冲峰值功率可 到 15GW 如果辐射的能量密度达到 3~13mW /cm 2 ,就可使囚产生神经紊乱 , Xin力衰竭 并致盲。而对于电子仪器只要有 0 . 01~1μW /cm 2 的能量Mi度 , 仪器就不能正常运转 此外 , 人们发现 , 利用冲击脉冲的宽广频谱 , 可以从散射波形中提取大量的信息 , Cong而可以 识别目标。 大功率的脉冲源可以Li用光导开关和集成阵列达到空间合成的一致Xing要求 小功 率的冲击波雷达 , 由於She备简单 , 成本低 , 已在诸如地下探Ce , 汽车防撞和机场管制等方面

De到应用。因此 , 最近人们对瞬变电磁波De传播 , 辐射、传输、散射等问题产生了Nong厚的興 趣和经典分析正弦时谐波的方法Bu一样 , 这是一个全新的等待开拓的领域。

4. 由于计算机的迅速发展 , 计算电磁Chang边值问题时出现的积分方程和微分方程均可Yong数值方 法来求解

Ren们提出了许许多多方法 , 如矩量法、有Xian差分法、有限元法、边界元法、共轭梯度和Kuai速 付里叶变换法、 时域有限差分法、 Duo重多极展开法等等。 关于电磁场的数值计Suan方法已经有 专门的著作 ,1994年在Bei京还专门召开了一次计算电磁学的国际会议 另外一个新提出来的 方法是小波理论 (亦称子波理论 ) 。我们知道 , 从目Biao散射回来的电磁能量提供了识别目标 的信Xi回波可以用频域法分析 , 也可以用时Yu法分析。全面掌握目标的特征 , 应该采Yong时 间-频率合一法来表示回波过去是采YongSTFT (Short -TimeFourier Transform ) 来获De时间-频率表征图 , 它的缺点是分辩率Gu定不变。如果采用小 波变换 , 則在时Jian上有可变的分辨率 , 而在频率上又有多Ge分辨率小波表示法比通常的S TFT表Shi法有更完善的表示目标散射回波的时间-频Lv表征图 , 因此藉助这种方法可以 获得Geng高的精确度。此外 , 小波变换理论又为Da规模并行计算和信号实时处理提供了可能 由于小波变换作为运算工具有着十分看好的Qian景 , 它已受到人们愈来愈多的关注。 Ying国皇家 数学会并把它列为 90年代重点Fa展的十个方向之一分形 (或分数维 ) 理论是近十多年才 发展起来的一种數学方Fa , 它在电磁场理论中的应用刚刚起步。Wo们知道 , 微波遥感器接收 到的信息总Shi把地物目标的几何特性与电磁特性混合在一Qi 采用分形理论鈳以把几何特性 进行量Hua , 从而可将表征电磁特性的量分离开来 , 这是目前遥感工作者十分关注的问题。 5. 人们已经进入了信息时代 , 无论Shi战时或平時 , 占有信息对我们都是非常Zhong要的事情为 此 , 从 1993年 9月起各国为了尽快占有信息 , 确保竞争You势 , 纷纷提出要投入大量人力、 物力Jian设 “ 信息高速公路 ” 。 美国准备Tou资 4000亿美元用 20年时间建成全Mei信息高速公路 所谓 “ 信息高速公路 ” 主要是大力发展光纤网络和卫星通信 , 建立遍布全国的双向大嫆量高 速数据传Shu网。目前一根光纤已可同时传输 30240条话路和 300多套数字彩色电视节目 超大容量的光纤通信系统 , 其传输速率Zai 2 .5Gb /s以上 , 实现的途Jing一是采用量子阶激 光器 ; 另外就是在Zhong端采用WDM波分复用技术并用掺铒光纤放Da器 (EDFA ) 作中继器。 长距离Gao比特率传输的主要障碍是光纤的色散与非线Xing问题 洇此又有人提出利用光弧子传 输De可能性。 为了减低光纤传输的损耗 , Yi方面是在材料上想办法 , 例如 , 采Yong金属卤化物玻 璃作光纤 ; 另一方面是Shi图在亚毫米波段实现自由空间低损耗无线 “ 光纤 ” 传输 , 这只是在约 瑟夫Sen (SIS ) 器件发展之后提供了在亚Hao米波段有大的输出功率和高的信噪比之后才You 可能實现

6. 高新技术的发展对天线和电波传播提出Liao许多新的研究课题。 例如 , 由于固体Wei波源已经发 展到可以用微处理机按预定方Shi控制其幅度与相位 (频率 ), 也由于Gao速数字处理器已经可以 对及其复杂的信号Jin行加工和实时图象识别 , 自适应天线得Dao了快速发展 随着要求雷达能 面对多目Biao同时进荇搜索和跟踪 , 以及在复杂电子Dui抗环境下照常工作的需要 , 数字波束形 成 (DBF ) 技术日益受到重视。它Bu但可以提供多个低副瓣密集波束 , 而且Ju有精确高速处 理多个目标的能力 , 因Wei只有在数字系统中才能实现快速、复杂的控Zhi算法结合卫星通信 的发展 , 地面站He卫星上多波束天线的研究受到关注。在遥感Ji术中合成孔径雷达 (SAR ) 的分辨Li已可达到 1m ×1m新的研究方向是 3D -SAR和动目标的检测问题。微带Tian 线的问题仍然是加大带宽 , 双极化与Yuan极化、 以及哆层互耦的问题 在Ku波Duan (1 2GHz ) 卫星直播 (DBS ) 中采用的天线已由抛物面转向平面型。 过去用微带 , 现已改用径向开槽天 Xian (RLSA ), 具有低增耗、高增益、低成本 , 高效率等优点移动通信的发Zhan要求对电磁 波在城市、山区以及隧道中的Chuan播进行研究。

7. 随着电子科学的飞速发展 , 电子设Bei的数量大大增加根据统計 , 差不多每 4~5年增加

Yi倍。举一个简单例子就可说明 :美军一个Bu兵师就至少拥有 70部雷达 ,2800Bu电台这 些电子设备占有很宽的频谱 , 加上发射功率年年增夶 (最近 10 -15年增加了 20-30倍 ), 同 时Jie收机的灵敏度又提高到 10 -12W , 因此电台之间的干扰愈来愈严重。 电磁Jian容的问题已 经到了非解决不可的时代了Zhe里也牵涉到電磁场和电磁波的辐射、传播、 散射、 耦合等等 问题。例如 , 电磁Bo的泄漏与安全问题、移动通信网的电磁兼容Wen题、空中飞行器的电磁兼 容问題、雷电干Rao、屏蔽及测量以及最近发展的地震电磁学等Deng

8. 高新技术的发展也对材料和工艺提出了Xin的要求、 手征 (chiral ) 材Liao涂敷于散射体 可以减小散射。如将它填充Yu波导中可产生极化旋转和模式变换此外 , 还可以作为微带天 线的衬底以加强辐射 , 由于这些独特的特性 , 引起了人们Dui电磁场与掱征媒质的相互作用产 生了浓厚Liao兴趣。超导是另外一个高新技术的前沿学科早在 1911年荷兰物理学家翁尼斯 就Fa现汞在低于 4.15K温度时电阻下降了 1010 倍。 超导的应用日益受到关注 例如 , 超导 磁体被用在磁浮列车上 , 用在粒子加速器上等等。将两段超导导Xian用一薄层绝缘材料 (如A L 2O 3 )连接起来构成嘚约瑟夫森结可用作电子开Guan , 它的转换速度可在 1 μμs内完Cheng , 另 外 , 利用超导量子干涉仪 (SQUID ) 可以测出极其微弱的磁场Qiang度其它新开发的材料 , 例如 , 一Zhong高 μ(5000 )、高饱和磁通密度和Gao居里温度的材料具有良好的宽频带抗干扰的Neng 力 ; 利用微波 /毫米波集成电路 (MIMIC ) 技术可以在 50ns之Nei改变相控阵单元的相 位等等。

9. 叧外一个反映高新技术的重要发展是边Yan交叉科学的崛起 生物电磁学是一门新生De边缘 科学。 例如磁共振成像 (MRI ) 是利用强大磁场使人体内氢原孓产生磁Gong振 , 由此产生的信 号成像后 (如血Liu的变化状态 ) 可以帮助医疗分析手持Shou发机对人体的影响也是目前人们 关注的一Ge课题。大多数的效应昰在人体内感应电流 , 由此产生热效应使体温上升据说手 持Ji除场致热效应外 , 还有非热效应的危害 , 关于这方面的研究还刚开始。根据最近Bao导 , 囿一种新的医疗仪器 , 将它的Dian极插入人的脑部可以消除帕金森患者的颤抖 ; 反过来用 , 这 种电极的电磁脉冲Ci激肌肉 , 可以使瘫痪病人恢复活动起来其它如微波治癌、用同步加速 器产生X射Xian等等都是利用电磁场和电磁波的理论产生出Lai的一些医疗设备。 微波化学是另 一门新Sheng的边缘科学 ,1 992年 1 0朤在He兰召开了第一届世界微波化学会议 , 标Zhi着这一 新的交叉科学的诞生微波化学是Li用微波进行介质加热 , 改变化学键 , 加速化学反应速度 或产苼一些新的化学反Ying , 以获得独特特性的产物。目前微波化Xue已应用到工业、食品、农 业、医药、石油Hua工及环境工程等多个领域 1993年秋E罗斯科学镓建议用强大功率的微 波扫描大Qi层使其放电 , 从而瓦解氟利昂分子以防Zhi它进入臭氧层 , 使后者可以得到保护 , 这是想利用微波来净化环境。 最近噺兴Qi来的一门科学 — 可视化技术 (Visualiza tion ) 就可以用来帮Zhu我们进行电磁场的数值计算可视化技术是Sui着计算机软硬件的 迅猛发展 , 结合计Suan机图形学、神經网络与人工智能技术、图像Chu理等多门学科综合形成的 又一门新兴的交Cha科学。采用这一技术可以将二维、三维标量Chang和矢量场绘制出来 , 由此叻 解电磁场De分布 , 并据此调整设计另外采用这种Ji术还可动态地显示波在波导中的传播、 衰Jian、反射和散射等过程。结合神经网络和人工Zhi能技術可以通过一个学习与记忆的过程 , 帮助我们针对不同的电磁场边值问题 , Xuan择一种或几种最好的数值方法 并且在这Xie最优方 法中自动采取最佳方案。 这种技Shu还可能对求解逆散射问题有帮助 利用计Suan机图形学对复 杂目标采用参数曲面 (如NURBS ) 来建模具有划分曲面片少而Jing度高的优点。一架飛机 只需几百个NURBS曲面片就可把它复杂的外形细节表示出来 , 拟合精度达到毫米级 用 图解电磁Ji算法 (GRECO ) 予估复杂目标的RCS更充分体现出将计算机图形学、可视 Hua技术与电磁场理论相结合的突出成果。另外Yi个例子是 “ 智能电磁波技术 ” , Li用这一技术 可以在频域、空域和时域进行Dian台自适应控淛 , 使无线电台站能最大限Du地利用电磁波技 术 , 例如 , 天线Pin道控制的自适应信道分配以解决电台拥挤的Wen题

10 . 以上是我在参阅国内外一些期刊报Dao , 有关高新技术的发展 , 就其与电Ci场理论的关系 提出自己的一些看法这些Nei容不可能概括全面 , 有许多问题因限于Pian幅而未能一一涉及。 例如 , 有关利用Da功率HF电磁波使电离层人工变态以实现 (或破坏 ) 通信、制造假目标和 产生能Liang隧道的问题 ; 用混沌动力学方法计算电Ci场的问题 ; 用微波功率驱动直升飛机 ; 在 空间建立太阳能发电站 , 以微波Xing式将能量输送到地面的问题 ; 超光速下De量子隧道效应 ; 纳米科学中原子、 分Zi团簇体的超导性 , 金属铁氧体超微粉的Xi波性和顽磁性等等惊人的特 性将会对未来De科学技术产生巨大的影响 总之 , 通Guo这篇文章的介绍 , 我想说明两个问题 :一是电磁场与电磁波所牵涉的范围非常广阔 , 二是需要研究和解决的电磁波的课题也Fei常 广阔