电磁场论

电磁场论（精选12篇）

电磁场论 篇1

1引言

工程电磁场作为电气工程及其自动化以及相关专业的一门理论基础课, 对于电气工程专业的学生学习后续课程有着非常重要的作用。而由于课程本身的难度和课时量的要求, 使得同学们在学习工程电磁场这门课程时感到很吃力。

对于工程电磁场这门课程来讲, 学好这门课程需要很好的数学功底, 这里面的数学知识就包括高等数学中矢量分析、微积分以及微积分方程的知识。另外, 为适应当前学生相应的动手应用能力的提高, 这门课程的课时量又有相应的减少, 仅有32学时。而对于同学们来讲, 上课时需要完成一些微分和积分方面公式的推导, 推导过程有时很繁琐, 这也会在不同程度影响学生学习这门课程的积极性。这两方面的原因导致了课程的难教和学生的难学。

如何提高学生的学习积极性和主动性是摆在任课教师面前的一个重要课题。我结合我对于这门课程的教学情况提出了一些想法, 并且在课堂上取得了较好的教学效果。这种方法就是对于教和学的深入浅出。下面我将从对这门课程如何把知识深入展开, 如何使内容通过结合实际应用更加易懂做一些解析。希望能对工程电磁场的教学有所裨益。如果把工程电磁场复杂的公式推导和数学知识比作阳春白雪, 那么如何使学生理解起来觉得简单易懂, 就是要把这些繁复的知识变成下里巴人的过程。

2工程电磁场课程内容的“深入”

首先是工程电磁场知识的深入, 所谓深入是把工程电磁场的基本理论和所需要的数学知识充分地展示给学生, 让学生知其然又知其所以然。比如, 在实际教学中, 可以先在最开始的一两节课笼统地给同学们把相应的基础知识介绍一遍。在这最开始的时候只是让学生对于相应的数学知识有个印象, 让他们知道这门课程需要用到那些数学知识, 便于学生在课下有针对性的学习。而在开始讲到相应的课程内容时, 在结合内容作相对详细的分析和推导。

工程电磁场是在大学物理基础上对其中电磁场部分的延伸和扩展。其课程的主要内容是以麦克斯韦方程组为中心, 介绍了涉及到实际应用当中的电磁场的基本概念、基本原理、不同带电体之间的各种相互作用以及这些理论方法在工程上的应用。而由于课程中要求学生应理解和应用“场”的观念来分析和解决问题。而场是一个空间抽象的概念, 所以这就要求学生首先要从思维上构建出“场”的分布, 这对学生的抽象思维能力和空间想象能力要求比较高。结合学生以后主要向电力公司或部门就业的实际, 工程电磁场这门课程教学以静电场、稳恒电场、恒定磁场原理为主, 结合一些工程技术问题来探讨和学习。通过对工程电磁场的基本概念和原理等内容的本质理解, 获得工程电磁场的系统知识。

3工程电磁场课程讲解的“浅出”

如何使电磁场中很多繁复的概念理解更容易, 使学生对于课程知识内容的理解更清晰和生动起来, 这就要求教师在教学使用一些方法。前提一些基本的授课条件是需要的, 如非常必要的课前预习和课后复习。在授课时, 最好是采用多媒体和黑板推导相结合的办法, 这样既可以使学生一目了然了解全部过程, 也对最后的结论有清晰的印象。多媒体软件的制作和使用会使得原来很枯燥繁复的教学内容变得更加生动活泼, 这其中许多通过讲解难以理解的电磁场分布就能形象地展示出来, 能够增强学生对于基本概念和原理的理解。此外, 还可以在课堂上使用有限元分析软件ANSYS来对电磁场分布演示, 这样使学生能够对电场线、磁力线等分布用一个清晰的认识, 从而加深了印象, 也有利于学生对这门课程产生兴趣。

在课堂教学时, 注重与学生的互动, 并通过问题驱动式教学, 让同学们主动参与进来, 使学生学会学习, 学会提问, 通过自己的思考加深理解。而这样的课堂也会使课堂气氛更加活跃, 有利于师生交流, 教学相长。在讲解理论内容是我们注重了对于应用的偏重。也就是类似于案例性质的课题。如针对学生主要将向电力公司就业, 我们一般在授课时电力公司中设备 (变压器, 发电机, 配电线路等的问题) 为切入点结合课程内容分析, 这样既能增加学生的学习气氛又使他们了解到这门课程可以如何在实际当中得到应用。

4结语

在经过实际工程电磁场教学中, 通过采用启发和引导等教学方法, 并结合重庆文理学院课程改革的压缩课程量的实际情况, 通过调整课程内容, 注重让学生对工程电磁场的基本概念和基本原理的深入理解, 结合多种教学手段和方法, 使得学生对本课程的学习提高了学习兴趣和学习质量, 能够达到本课程要求的教学目标。

参考文献

[1]冯慈璋, 马西奎.工程电磁场导论[M].北京:高等教育出版社, 2000.

[2]冯慈璋, 马西奎.简介《工程电磁场导论》教材的编写[J].电气电子教学学报, 2000, 22 (4) :64-66.

[3]苏利捷.工程电磁场课程改革初探[J].中国电力教育, 2009, (8) :98-99.

[4]吴明赞.工程电磁场课程研究式教学的实践[J].电气电子教学学报, 2008, 30 (4) :65-67.

电磁场论 篇2

在开始学习“电磁场与电磁波”之前，当我听到其学科名称的时候就产生了一种高深莫测的感觉，觉得电磁场应该是比较难的。但是出于对知识的渴望我怀着一颗求知的心投入了这个“新奇的”知识海洋。

当接触了“电磁场与电磁波”并开始学习的时候这种所谓的惧怕感还是依旧存在。每当读到某个科学家经过了反复的实验从而发现了一个著名的定理或是公式的时候我都非常向往，无疑这些名人事迹提高了我的学习兴趣。但是每当看到一个个繁杂的公式与难于理解的论证的时候，这都让我感到这门课程的难度之高。然而每当专心下来仔细思考，一点一点的从基础公式去推演论证的时候，我又能感受到其在科学与生活方面的独特魅力。

纵观电磁波发展史，人们很早就接触到电和磁的现象，并知道磁棒有南北两极。在18世纪，发现电荷有两种：正电荷和负电荷。不论是电荷还是磁极都是同性相斥，异性相吸，作用力的方向在电荷之间或磁极之间的连接线上，力的大小和它们之间的距离的平方成反比。但长期以来，人们只是发现了电和磁的现象，并没有发现电和磁之间的联系。后来奥斯特、安培、法拉第等人的研究又使人类又电磁波的认识进步了一个阶梯，19世纪中叶伟大的理论物理学家麦克斯韦总结了前人关于电磁学的研究成果，建立了完整的电磁场理论。这使得人们对电磁波的有了相对成熟的认识。

可以说电磁场理论是工科电类专业的一门重要的技术基础课。它在物理电磁学的基础上，进一步研究了宏观电磁现象的基本规律和分析方法，是深入理解和分析工程实际中电磁问题所必须掌握的基本知识。它的地位我觉得就像英语中的语法，用来分析句子和文章的成分结构，没有它我们只能死记硬背一些公式与结论，而利用了电磁理论就能很容易的分析一些实质性的问题从而有更加深刻的体会。很多实际工程问题只有通过电磁场才能揭示其本质。对电磁场的学习使我认识很多物理现象的本质。电磁场由相互依存的电磁和磁场的总和构成的一种物理场。电场随时间变化时产生磁场，磁场随时间变化时又产生电场，两者互为因果，形成电磁场。电磁波是电磁场的一种运动形态。电与磁可说是一体两面，电流会产生磁场，变动的磁场则会产生电流。变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场，这就是电磁场，而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波，电磁的变动就如同微风轻拂水面产生水波一般，因此被称为电磁波，也常称为电波。电磁场与电磁波在实际生产、生活、医学、军事等领域有着广泛的应用，具有不可替代的作用。如果没有发现电磁波，现在的社会生活将是无法想象的。

电磁场论 篇3

关键词：变电站;电磁防护;环境问题

近年来，社会经济的飞速发展向电力系统提出了更高的需求，不仅需要其实现安全稳定的运行，而且还要实现与环境之间的和谐发展。因此，在未来的变电站建设过程中，建设部门必须要提高对电磁防护和环境问题的重视程度，并结合变电站建设的实际情况，采取科学合理的完善措施，以此来更好的促进我国电力企业的稳定发展。

一、变电站电磁骚扰对二次设备的影响分析

就目前变电站的运行来看，能够对二次设备产生影响因素有很多，比如说工频电场和磁场、电流互感器和电压互感器以及地网对二次设备造成的影响等。一旦电力系统中的二次设备受到影响，便会导致部分电力设备无法正常运行。在变电站运行过程中，工频短路问题是造成电磁骚扰的主要原因，系统运行期间，一旦出现工频短路，那么就会造成母线瞬时电流过高，二次系统运行的安全性就会受到严重威胁，而且，工频电场和工频磁场也会在原有基础上大大增强，一旦超过了系统中弱点设备的抗干扰程度，便会导致这些弱点设备无法正常运行。除此之外，变电站的运行环境对于人类的影响也是存在的，其主要表现在无形的电磁环境和可听噪声，这些都会对人体生理反应造成影响。

二、变电站建设中的电磁防护措施

由于电力系统是一个及其复杂的系统，涉及了多种电力设备，因此，想要从根本上做好变电站建设中的电磁防护工作，建设人员应该从以下几个方面着手：

（一）采取有效屏蔽措施

屏蔽措施是电磁防护的一项主要措施，在电力系统运行过程中，为了有效避免系统设备受电磁骚扰的影响，系统建设人员可以在原有系统结构的基础上，添加一些特殊设备，从而使得系统运行过程中，周边所产生的电磁场的大小相同，方向相反，以此来有效降低高压设备受电磁场的影响程度。在采取有效屏蔽措施时需要注意的是，屏蔽场的建设是由双偶极子来完成的，在对偶极子进行选择的时候，应该结合电力系统的实际情况对其数量进行合理设置，以此来避免偶极子数量过多而导致屏蔽磁场过快衰减，产生更多的磁泄露。

（二）保护小室的应用

在电力系统运行过程中，如果想要做好二次设备的保护工作，首要任务就是做好小室的保护，通过对小室的有效保护，不仅能够起到对电磁场的屏蔽作用，而且还能够为二次设备的有效运行提供滤波和接地作用。除此之外，还可以对系统运行过程中的高频辐射和脉冲磁场等起到良好的屏蔽效果。由此可见，做好小室保护的设置对于避免系统受电磁干扰也具有重要意义。

（三）确保二次设备接地点的合理性

就我国目前变电站建设的现状来看，对于接地系统的设置通常都是独立完成的，设计人员结合电力系统运行的实际情况，对接地系统进行合理设计与规划，为二次设备的正常运行提供了良好的环境。通常情况，在对二次设备接地点进行设置的时候为了确保其科学性和合理性，通常要做好以下几个方面的工作，即屏蔽系统的接地工作、防静电系统的接地工作、防雷击系统的接地工作以及控制系统的接地工作等。只有确保以上内容的科学性和合理性，才能够从根本上确保二次设备的安全、稳定运行。与此同时，在对二次设备的接地点进行设置的时候，应该避免各个系统之间的混用情况发生，并且确保不同系统具有足够的安全距离。

（四）加强二次回路的抗干扰能力

在变电站的建设过程中，设计人员都会根据系统运行的实际情况，采取相应的回路抗干扰措施。为了能够更好的加强二次回路的抗干扰能力，在系统原本设计的基础上，可以采用屏蔽线的应用方式增加二次回路的抗干扰能力，并对静电与电磁作用进行有效控制，同时通过合理的分类与布局，降低交叉干扰。与此同时，还要对于信号回路、照明、通信、电热回路、电机等回路进行电缆的分离，避免不同线路公用相同的电缆。在电缆的铺设上，要避免高压母线的平行，进而有效的降低耦合强度，改善二次回路整体抗干扰能力。

（五）加强电源系统的抗干扰能力

加强电源系统的抗干扰能力也是电磁防护的措施之一。在电力系统运行过程中，二次设备是否能够安全、可靠的运行很大程度上取决于电源系统抗干扰能力的强弱，电源系统的抗干扰能力越强，二次设备运行的可靠性也就越高。因此，加强电源系统的抗干扰能力不容忽视。提高电源系统抗干扰能力，我们可以采用UPS电源来确保工作电压的稳定性，同时要对变电站的隔离变压器做好抗干扰的控制。除此之外，还要尽可能缩短回路，控制压降水平。

三、变电站建设中的环境和谐发展措施

随着我国城市建设发展脚步的不断加快，变电站建设对于周边环境所造成的影响也逐渐被人们重视起来，如何确保变电站与环境协调发展也成为了电力企业所面临的一项重大课题。结合我国当前变电站建设的实际情况，想要从根本上促进其与环境的协调发展，电力企业应该做到以下几点：首先，在对变电站进行建设的时候，要综合考虑变电站周边的实际环境，除了要考虑输电线与变电站对周边景观所产生的影响之外，还要考虑变电站的建设给周边居民所带来的影响，尤其是财产和经济损失。其次，在变电站建设过程中，某些施工环节势必会产生一定程度上噪声，会给周边居民的日常生活造成影响。最后，对于建于市中心的变电站，由于土地价格较高，因此，还应该考虑其自身的建设成本，从而进一步促进变电站建设工作的顺利开展。除此之外，在对变电站进行设计规划的时候，还应该确保其以和谐化、集约化与环保化的方向发展。

为了能够有效避免变电站建设给周边环境带来的问题，促进环境和谐发展，地下变电站应运而生。地下变电站是当前变电站建设的一个新的设计方法，其不仅充分满足了城市发展规划的需求，而且还能够提高城市土地的有效利用，减少对周边环境所造成的影响，进一步推动了城市建设发展目标的顺利实现。地下变电站的建设主要是将变压式建设由地上转移到地下，并在此基础上确保变压器室内具有百叶窗与换气通道，以此来实现变压器运行过程中对通风和散热的需求。通常情况下，地下变电站的建设主要集中在一些人口相对密集的城市区域，其不仅可以有效减少变电站的占地面积，提供良好的城市视野，而且不会对交通产生影响，实现与周边环境的协调。在城市的繁华地区，进行变电站建设上，要将变电站作为工业建筑的一种，并且完美的融合到城市规划当中，通过独特的建筑设计，提高变电站与周边环境的融合程度。

结语：

综上所述，随着我国社会经济的飞速发展，处理好变电站建设中的电磁防护问题和环境问题也成为了电力企业所面临的一项重大课题。从本文的分析我们能够看出，电磁防护和环境和谐发展是一项复杂而又系统的工作，电力企业必须从多个方面着手，全方位的完善变电站的建设工作。只有这样，才能够使变电站的建设符合社会经济的发展需求，从而更好的带动电力行业的可持续发展。

参考文献：

[1]刘锦明.变电站建设中的电磁防护及环境和谐发展问题[J].环境技术，2014（22）.

[2]方彦.变电站的电磁防护分析[J].价值工程，2011（17）.

[3]李晓刚.变电站建设中的电磁防护及环境和谐发展问题[J].环境技术，2009（04）.

电磁场论 篇4

在现行高中物理教学体系中,电场强度是学生学习电磁场过程中接触的第一个物理量。可以说,“场”概念的形成是困难的,而教学中的一些盲点则是造成这一困难的重要原因。现行教材普遍在介绍电场强度之前直接铺陈“电荷周围都存在电场,电荷与电荷之间的相互作用力就是通过它们的电场发生的”。然而,由于教材无法对电场的物质性做更多的确证,因此就造成了引入的生硬与学生接受的困难。近年来的研究探讨了用比值定义法合理架构电磁场中相关概念的方式,然而仍然忽视了比值定义法前的“试探”环节。

值得说明的是,由于库仑定律知识造成的负迁移,学生往往会十分“便捷”地得出电场强度的表达式,而未能充分理解建立这一概念的必要性和经历过程。可以说,理解电场、建立电场概念的契机是稍纵即逝的,学生往往会熟练地运用电场公式解题,而对场的内涵与意义颇为“无感”。事实上,电场的理解需要足够的体验和感知,也即需要学生建立起一个理解电场的思维框架。而建立这一框架的必要性和原始动机就是“试探法”。传统教材体系将试探的思想与方法隐性处理,使其淹没在细节之中。

二、试探法的内涵与意义

同样以电场强度为例,电场作为一种物质,具有多方面的属性,而电场强度仅反映其力的性质。再如电势,则反映了电场电势能分布的特征。在这一基础上,应该明确的是试探要有对象性,即要分清试探的对象是什么。

在更普遍的意义上,试探本是物理研究的基本思想和基本路线,是研究者把握研究对象物理特性的基本方法。正如曹则贤先生所言:“物理学研究的关键对象是各种自然现象之所以发生的原因,即因果关系(causality)。因此,物理学在许多场合下表现为描述一个存在的体系对外加激励(excitation)的响应(response),关于这个体系的物理学就浓缩在相应的响应函数中。”[1]物理学家这种“激励—响应”的研究模式与用语习惯已被广泛迁移,如生理学、心理学中称“刺激(干预)—反馈”。

若以科学哲学的视角,“试探”的背后反映的正是近代以来“求力科学”的本质特征。如科学史家吴国盛教授所言:“近代科学是一个攻击型的、进取型的……把自然物抓起来关到实验室里去,让它处在一个非自然的状态之中,考察它们在不同的非自然条件下必然会有什么样的反应,这就是实验。实验就是在一个极端条件下让自然界把自己的规律给显示出来……自然条件下不大容易显示那些由于人工干预而必然会产生的规律,怎么办呢?只有到实验室里面来,让它处在高温、高压、高浓度、高密度、高磁场或者是特别低的低温、低压、低浓度,总而言之在一种非自然状态下,自然的因果规律就能够显露出来。这个所谓因果规律,其实就是一个刺激和反应规律,本质上是一种服务于控制的规律。这就跟驯马一样,你捅它一下看它有什么反应,如果你掌握了这个马的所有的刺激反应规律,那么这个马你就驯服了,因为你知道如何控制这个马,知道它会有什么样的反应,所以这个马你就不怕了、就不陌生了,你就可以驾驭这个马了。近代科学的理想就是驾驭自然界。通过在实验室里不断地、反复地对自然界进行各式各样的刺激,我们掌握了自然界的刺激 - 反应模式。”[2]

虽然这些论述呈现的主要是科学哲学家的语汇与反思,但是这仍然有助于我们理解“试探法”反映的物理学本质。试探法的教学就是要让学生伸出试探与干预的思维触角,去有意识地、大胆地试探研究对象、干预研究对象。而高水平的试探就是有计划、有步骤地,进而定量地试探,也就是实现对“实验条件”的“操控”。基于以上理解,我们才能对“试探法”产生足够的重视,进而找到教学的正确方向。

三、试探法教学的要点与策略

1.显化试探法的地位

现行教材对“试探”仅在“试探电荷”部分出现了一些隐晦的描述,甚至改“试探电荷”为“检验电荷”,这不足以凸显试探法的地位与价值。因此,教学中应该明示“试探法”的名称,强调其在整个研究中的地位,并且教师应该将这种方法做普遍化的推广。以上做法都意在使学生意识到,试探这种方法是比比值定义法、控制变量法更加普遍的物理学研究方法,甚至是最基本的模式。进一步,教学中应该将试探法与比值定义法做出合理的连接和整合,明确电场强度、磁感应强度教学中“试探 - 比较”的思维主线。

2.列举试探法的实例

单一的例子无法使学生深刻体察试探法的普遍性与灵活性。一般的描述都无法达到“直指人心”的效果。除了上述“驯马”的例子之外,教师可以指出:事实上,对于任何不熟悉的事物,仅有的且最简单的方法就是去试探。即丢过去一个试探物与之相互作用,看看有什么反应。例如我们不知道一个封闭房间里有什么气体,就丢进去一只小白鼠,看看有何反应。再如老虎不知道“黔驴”有什么特性,就不断地去挑逗它,直到“黔驴技穷”。似这类列举的实例要体现丰富性与生动性,要使学生体验到“试探”的研究方法离自己并不遥远。

3.实现试探法的具身化理解

要实现学生对“试探”理解的深刻性,还需进行心理学层面的仔细考量。认知心理学的具身认知转向为物理教学提供了可贵的启示。认知心理学的传统将心智凌驾于身体之上,认为“身体”不过是认知的客体,对认知并没有多少价值。而具身认知观点强调“认知是具身的”:首先,认知是身体的认知,认知和思维方式受制于身体的物理属性。其次,认知的种类和性质是由身体和环境的互动方式所决定的,身体的感知觉运动性与认知的形成有着直接关联。再者,人的心智是大脑、环境和认知共同作用的结果[3]。因此,试探法的教学应实现认知过程的具身化,即应该使学生多动手、亲身体验,并且可通过游戏的形式,让每个学生既扮演试探者,又扮演试探的对象,从而在自我中心化的情境下以及亲身体验、亲身扮演中发展“试探”的意识。要让学生去干预、去控制,去感受到控制感、力量感,面对问题与研究对象不再畏首畏尾、一筹莫展。

四、反思与启示:在物理教学中落实科学本质观教育

在科学教育中落实科学本质观教育已成为近十余年来科学教育改革的重要呼声,然而如何落实则一直存在较大争议。对美国学者李德曼采用量表测量方式确定师生科学本质观的研究,已有诸多学者做出了有力的质疑。对科学本质观的空洞说教也已然遭到了普遍的否定。然而究竟如何落实科学本质观教育?有学者提出,其焦点在于“科学教师是否有意愿在自己的课堂上开启对科学看法的讨论,是否有能力在讨论中引导学生理性思维的深度发展,是否能够包容学生多样化的思考”[4]!然而以上探讨表明,科学本质观教育还有着更为切实的途径。

如前所述,“试探法”的背后是近代科学“求力意志”的鲜明特征,其来源是中世纪的基督教。“到了近代,自由的理念中已经包含了‘意志’这个新的维度。它强调人要行使自己的意志自由,要做点什么。正是这样一个求力意志构成了近代科学的重要特征。近代科学是一个攻击型的、进取型的、你也可以说侵略型的知识策略。侵略谁?自然界。”[2]而以上论述表明,通过科学方法教学的合理、审慎的展开竟然可以通达科学本质的理解。其启示意义在于,最常规的物理教学本身就理当成为科学本质观教育的切实途径,然而其有效性发挥的前提是教育者对科学本质观的深刻理解,这亦是科学本质观教育的真正基础。

进一步说,科学本质观教育需要教育者深入到科学思想史的层面来理解科学,而非热衷于做肤浅的测量与空洞的宣讲。在深入理解科学思想史的基础上,物理教学也定能获得更高水平的发展,科学本质观教育的目的也会自然地达成。由是观之,科学本质观教育还须从基本而具体的科学学科教学做起。

参考文献

[1]曹则贤.物理学咬文嚼字之三万物衍生于母的科学隐喻[J].物理,2007,36(9).

[2]吴国盛.从古典科学到近代科学[J].科技潮,2010(7).

[3]范琪,叶浩生.具身认知与具身隐喻——认知的具身转向及隐喻认知功能探析[J].西北师大学报(社会科学版),2014,51(3).

电磁场小论文 篇5

随着电力电子技术自动控制技术、测试技术、微机等高新技术的发展, 磁悬浮技术,特别是可控磁悬浮技术取得较大发展, 显示出广阔的应用前景, 可控磁悬浮技术已由宇航军事等领域的应用开始向一般工业应用转化。本论文简要介绍了磁悬浮技术原理的分类方式和应用范畴，首先对电磁吸引控制悬浮（EMS），永久磁铁斥力悬浮（PRS），感应斥力方(EDS)三方面对其原理进行简单介绍，然后对磁悬浮技术的在生活中的应用进行了简单的介绍。

关键字：磁悬浮原理 EMS PRS EDS 磁悬浮的应用

1.磁悬浮技术原理

磁悬浮装置由传感器、控制回路电磁铁、功率放大器等部份组成(图1)利用电磁力, 将某些物体无机械接触地悬浮起来, 由传感器检测悬浮体偏差信号, 通过反馈控制回路调节, 发出控制信号, 经功率放大器控制电磁铁中的电流, 从而控制电磁铁产生的磁场和作用于悬浮体的电磁力, 使之保持在正确位置。

图（1）磁悬浮原理图

2磁悬浮技术的分类

2.1按电磁铁种类可以分为常导吸引型和超导排斥型两大类。

2.1.1常导吸引型

常导吸引型磁悬浮列车是以常导磁铁和导轨作为导磁体，用气隙传感器来调节列车与线路之间的悬浮间隙大小，在一般情况下，其悬浮间隙大小在10 mm 左右，这种磁悬浮列车的运行速度通常在300~500 km/h 范围内，适合于城际及市郊的交通运输。2.1.2超导排斥型 超导排斥型磁悬浮列车是利用超导磁铁和低温技术，来实现列车与线路之间悬浮运行，其悬浮间隙大小一般在100 mm 左右，这种磁悬浮列车低速时并不悬浮，当速度达到100 km/h时才悬浮起来。它的最高运行速度可以达到1 000km/h，当然其建造技术和成本要比常导吸引型磁悬浮列车高得多。

2.2按悬浮方式磁悬浮列车按悬浮方式有电磁吸引式悬浮(EMS)和永磁力悬浮(PRS)及感应斥力悬浮方式(EDS)2.2.1电磁吸引控制悬浮方式EMS(Electromagnetic Suspension)电磁吸引控制悬浮方式,如图2(a)。这种方式利用了导磁材料与电磁铁之间的吸引力,几乎绝大部分磁悬浮技术采用该方式。虽然原理上这种吸引力是一种不稳定的力,但通过控制电磁铁电流的大小,可以将悬浮气隙保持在一定的数值上。随着现代控制理论的发展和驱动元器件的高性能、低价格化, EMS方式得到了广泛的应用。在此基础上,也有众多的研究人员提出了把需要大电流励磁的电磁铁部分替换成可控型永久磁铁的方案,并深入地进行了研究和开发工作。该方案可以大幅度地降低励磁损耗,甚至在额定悬浮高度时几乎不需要能量,是一种非常值得注目的新技术。

图2（a）EMS方式 2.2.2永久磁铁斥力悬浮方式(Permanent Repulsive Suspension)如图2(b),这是最简单的一种方案,它利用永久磁铁同极间的斥力, 一般产生的斥力为1kg /cm2 ,所以被称为永久磁铁斥力悬浮方式。当然,根据所用的磁性材料的不同, 其产生的斥力相应变化。但是,由于横向移位的不稳定因素,需要从力学角度安排磁铁的位置。近年来,开始出现了一些采用PRS方式的产品,例如日本1999年4月公开的专利中,就有关于PRS配置方案的内容。随着稀土材料的普及, PRS方式将会被更多地应用于各个领域。

图2（b）PRS方式

2.2.3感应斥力方式EDS(ElectrodynamicsSuspension)此方式利用了磁铁或励磁线圈和短路线圈之间产生的斥力,简称感应斥力方式。如图2(c),为了得到斥力,励磁线圈和短路线圈之间必须有相对运动。EDS方式的斥力来自相对运动,相对运动的速度越快斥力就越大。而另一方面,斥力又随悬浮气隙变化,气隙越大斥力就越小。因此,在相对运动达到一定速度以上时,斥力与重力会自然地平衡在某个气隙上这种方式主要被应用于超导磁悬浮列车的悬浮装置上。但是,在低速时由于得不到足够的悬浮力,因而需要有车轮来支撑停止或低速时的车身。从原理上而言, EDS很少被应用于低速传动机构。

图2（c）EDS方式

3电磁吸引控制悬浮方式EMS列车的运行方式

利用装在车辆两侧转向架上的常导电磁铁(悬浮电磁铁)和铺设在线路导轨上的磁铁，在磁场作用下产生的吸引力使车辆浮起，见图3所示。车辆和轨面之间的间隙与吸引力的大小成反比。为了保证这种悬浮的可靠性和列车运行的平稳，使直线电机有较高的功率，必须精确地控制电磁铁中的电流，使磁场保持稳定的强度和悬浮力，使车体与导轨之间保持大约10 mm 的间隙。通常采用测量间隙用的气隙传感器来进行系统的反馈控制。这种悬浮方式不需要设置专用的着地支撑装置和辅助的着地车轮，对控制系统的要求也可以稍低一些。

图3 电磁吸引控制悬浮原理图

在图2(a)所示的典型电磁悬浮系统中,悬浮物体的上下运动方程式可用式(1)表示。

d2Wi M2Mgkifd（1）

dtW2同时,励磁电路的电路方程式如式(2)所示

ed(Li)Ri（2）dt式中 M—— 悬浮物体质量 W—— 悬浮气隙长度 i— — 励磁电流

ki— — 电磁铁吸引力系数

fd —— 外力 e—— 外加电压 R— — 励磁绕组电阻 L—— 励磁绕组电感

4磁悬浮在现代工业中的应用

4.1磁悬浮轴承

磁悬浮轴承(Magnetic Bearing)是利用磁力作用将转子悬浮于空中，使转子与定子之间没有机械接触。其原理是磁感应线与磁浮线成垂直，轴芯与磁浮线是平行的，所以转子的重量就固定在运转的轨道上，利用几乎是无负载的轴芯往反磁浮线方向顶撑，形成整个转子悬空，在固定运转轨道上.与传统的滚珠轴承、滑动轴承以及油膜轴承相比，磁轴承不存在机械接触，转子可以运行到很高的转速，具有机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等优点，特别适用于高速、真空、超净等特殊环境中。磁悬浮事实上只是一种辅助功能，并非是独立的轴承形式，具体应用还得配合其它的轴承形式，例如磁悬浮+滚珠轴承、磁悬浮+含油轴承、磁悬浮+汽化轴承等等 4.2磁悬浮列车

对于磁悬浮列车的研究由来已久，其依靠电磁吸力或电磁斥力将列车悬浮于空中并进行导向，实现列车与地面轨道间的无机械接触。由于其轨道的磁力使之悬浮在空中，行走时不同于其他列车需要接触地面，因此只受来自空气的阻力。磁悬浮列车的速度可达每小时400公里以上，比轮轨高速列车的380多公里还要快。4.3磁悬浮隔振器

由于磁悬浮隔振器的磁场力大小与两个极板之间的距离呈非线性关系，从而使得磁悬浮隔振具有良好的非线性隔振性能。

4.4磁悬浮工作台

随着对加工和测量装备精度要求的不断提高，有关长行程、超精密运动控制的研究引起了人们越来越多的兴趣。已有研究表明，影响长行程、超精密运动控制精度的最主要因素是摩擦力非线性。而磁悬浮正是一种实现长行程、超精密运动控制的较为理想的方式。

5磁悬浮技术的发展前景

电磁场论 篇6

关键词 《电磁场与电磁波》 教学改革 教学效果

中图分类号：O441-4 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2015）21-0006-02

《电磁场与电磁波》是普通高等学校电子信息类、电气信息类专业本科生必修的一门专业基础课，该课程主要研究宏观电磁场的基本规律及分析计算方法，为采用“场”的观点解决实际电磁问题和今后在这一领域的继续深造打下较扎实的基础。随着电子信息和通信系统的发展，我国对电磁场与电磁波工程技术的研究也发展迅速。因此，为适应新形势下人才培养目标，如何在有限的教学时间内开好该课程是急需解决的问题。我们在课程教学过程中，努力摸索合适的教学方法，以期提高教学效果。

一、充分利用多媒体技术和网络资源

《电磁场与电磁波》课程涉及较多抽象理论、概念以及大量的公式、定理及复杂的计算过程，如果只使用传统的板书教学方法，学生普遍缺乏学习兴趣。而多媒体课件可以提供文字、图像和声音等多方面的信息，更以形象、生动、直观的方式展现教学知识点，有助于学生很快抓住学习的知识点。并且对于较为复杂的场，我们可以借助MATLAB、电磁仿真软件等进行仿真和数值计算，将场的分布等做成动画直观演示给学生，使抽象的问题形象化。教学内容以图文并茂的多媒体手段呈现，能从多角度吸引学生注意力，激发学生兴趣。且使用多媒体教学，扩展了教学内容，提高了教学效率。适当的板书教学配合形象生动的多媒体展示，可以达到最佳的教学效果。

随着互联网技术的飞速发展，网络教学资源越来越丰富，可以充分利用网络资源，扩展课堂教学空间，弥补课堂教学的不足。学生可上网搜索相关知识点，拓宽学习渠道，开拓学习思路，加深对课堂知识的掌握。还可将课程的资料上传至网络，让学生利用课余时间查阅、学习，方便学生课前预习和课后复习。通过网络途径，积极引导学生利用网络资源了解学科发展的最新动态以及热点问题，进行自主的探究式学习，将理论运用于实际。

二、教学内容体系的优化

从我校学生的实际情况出发，通过多方比较，我们最终选择了郑钧编著的《电磁场与电磁波》作为主要教材，该教材由浅入深，内容编排较为合理和连贯，理论的系统性和逻辑性较好。《电磁场与电磁波》课程是先修课程《大学物理》的延续，需注意前后课程的衔接，同时避免授课内容的重复性。以往课程教学中，根据教材的内容编排讲授会导致对静态场的授课时间较多，可是其基本理论学生在学习《大学物理》时却已学过，学生觉得没有吸引力，导致学习效果欠佳。时变场的内容是本课程的授课重点，同时也是考核的重点，课时却相对不足，很难保证教学质量和教学效果。因此，有必要对课程知识结构进行优化，缩减静态场授课学时，增加时变场授课学时，这样的课时分配更显合理性。对静态场的教学，教师以讲解重难点为主，学生课下自学部分内容为辅。时变场授课内容包括电磁感应、麦克斯韦方程组、波动方程，时谐电磁场，到平面波的传播及平面边界的入射，波导及天线，学时数的增多使得时变场的学习更为系统和全面，学生可以較为牢固地掌握时变场的分析思路和计算方法，从而系统地了解电磁场与电磁波的理论。

三、案例式教学，培养学生的创新能力

电磁场理论有广泛的应用背景，因此在课堂授课中教师可以增加与理论密切相关的应用背景知识，列举一些工程实践和日常生活中电磁理论应用的案例。案例式教学是将理论联系实际，让学生直接了解理论知识的实际应用，不仅活跃课堂的氛围，避免学生分散注意力，而且有助于开阔学生的思路，使学生充分认识到本课程的重要性，提高学习的主动性。我们选取了如电磁辐射与电磁污染、静电复印工作原理、医学中的微波治疗、磁共振成像技术、喷墨打印机、静电屏蔽、多普勒雷达等内容作为案例，进一步结合课堂教学知识点进行归纳讲解，让学生从案例中更深刻地了解教学内容，同时培养学生逻辑思维与创新思维。也可以介绍学科发展前沿，比如“电磁隐形衣”“电磁黑洞”等，结合课程内容提出问题进行启发式教学，培养学生分析问题的能力。

总之，在电子信息迅速发展、电磁应用越来越广泛的背景下，课题组教师经过多年的不懈努力，《电磁场与电磁波》课程教学实践取得了一定成效，教学效果得到明显改善。当然，还有许多工作需要进一步完善，我们一定会在今后的教学实践中继续改进。

参考文献：

[1]袁明辉，莫礼东.CAI在《电磁场理论》教学中的应用[J].科技创新导报，2015，（2）：134-135.

[2]石磊，郝静. MATLAB在电磁场课程中的应用[J].科技资讯，2014，（29）：200.

[3]嵇艳鞠，栾卉，邱增凯，万云霞，杨大鹏.科研案例式“工程电磁场”课程改革与实践[J].电气电子教学学报，2014，（4）：24-25.

基金项目：重庆邮电大学校级教改项目（XWTJG1401）；重庆市研究生教育教学改革研究重大项目（yjg121001）

电磁场论 篇7

1.1 中国传统的医学人文精神

中国传统文化的伦理本位主义将“人”推崇到一个重要的地位,对人的价值和人生价值给予了充分的肯定。孔子从这一思想出发,提出了“仁”的概念。他说:“仁者,人也”,“仁者爱人”,“爱人”是人的一种“类”的自觉,它要求把别人当作与自己一样或者和自己亲人一样来对待,这事实上提出了以人为本的思想。唐代孙思邈的《大医精诚》、宋代林通的《省心录》、明代陈实功的《医家五戒十要》等医学经典都在劝戒医者保持“济世救人、仁爱为怀”的品质。

正是基于这样的伦理本位,历代医家认识到医学不但是“救人生命、活人性命”的技术,还强调医者要有一颗同情病人、真诚地为病人解除痛苦的“仁爱”之心。费伯雄曾说过“欲救人而学医则可,欲谋利而学医则不可”。医学家提倡尊重生命,关爱病人,充满人道主义,做到“仁心仁术”兼备。可见,“医乃仁术”是医术与医德的统一,是医学职业精神的写照,要求医者必须具备医学人文精神。“仁爱”是我国传统医学人文精神的核心,也是“爱人”思想的延伸,是体现和实现人本思想的过程。

1.2 西方的医学人文精神

在西方,医学的历史几乎与人类一样古老。医学最初产生于巫术,直到伯里克利时代开始,情况才发生了变化,医学由巫术变成科学。在这个希腊最伟大的理性主义时代,一位睿智聪慧的哲学家用自然的原因解释疾病,他用科学的医学理念把医学从巫术、神话、宗教引向科学,他就是西方医学之父—希波克拉底,他为世界留下了一笔颇为丰厚,直到今天依然闪耀着智慧光泽的财富,这就是著名的希波克拉底誓言所体现的“利他主义”、“以人为本”的医学人文精神。希波克拉底强调“医学是一切技术中最美和最高尚的”;在《箴言》[1](Aphorisms)中他告诫医生:“生命是短暂的,医术是永恒的,病痛是暂时的,经验是有风险的,抉择是艰难的。医生决不能只准备做有利于自己的事,更要为病人着想。在《希波克拉底文集》中他提到“医者应以患者的生命为重,做医学的仆人”,“无论何时登堂入室,我都将以患者安危为念,远避不善之举”,“医学有三个因素——疾病、病人、医生,医生是这种艺术的仆人。”

1.3 医学模式转变的要求

20世纪以前,医学技术的进展比较缓慢,医生们凭借有限的药物和在实践中摸索的经验,为病人解决力所能及的问题。20世纪之后,这种局面发生了根本性的变化,医学不仅获得了消灭、控制疾病的武器,而且还掌握了操纵生命的密码。随着医学技术的飞速发展而形成的“技术至善论”将人们锁定在医学“能做,必须做”的雄心勃勃的幻想中。新技术对医生的行为和医患关系产生了深刻的影响,不断更新的诊疗技术导致了医生花费更多的时间在实验室,而不是在病人床边聆听病人的陈述和与病人交谈,给予病人个人的时间被压缩到最少,医学正被逐渐异化。直到70年代美国学者恩格尔提出现代医学模式的概念,现代医学模式开始从原来单纯的生物医学向生物-心理-社会医学模式转变,人们逐渐认识到医学不再是单纯生物意义上的生命科学,而是一门自然科学与社会科学相统一的学科,它挽救生命与危难,它解读生命的奥秘,为人的全面发展提供广阔的空间。病人是“身心合一”的有机组成,疾病和精神存在互动的关系。医生不能固守在开处方,做手术的医疗模式中,而应上升到整合生物医学、医学心理学以及人文社会科学知识,为病人提供预防、诊断、治疗和护理整体方案的新医疗模式中来。它不但要重视疾病的治疗,更要重视疾病的预防和对人全方位的关爱和照顾。

综上所述,纵论古今,通达中外,“仁爱”是医学人文精神的内核,是时代和社会发展的需要,因此,在培养医学生时应将医学理论、医学技术、人文关怀融汇在一起,培养医学生以“爱”为核心的人文精神,修炼大爱、大德精神,展现大医之风。

2 磁场理论与医学人文精神

场是物质存在的一种基本形态,具有能量、动量和质量。实物之间的相互作用依靠有关的场来实现。最早提出“场”概念的是19世纪英国物理学家法拉第。他认为,在物理世界里存在一个所谓的电场、磁场和重力场,在场中的所有元素会因为某种形式彼此共鸣的力量而凝聚在一起,场中的元素与元素之间会彼此影响,它们不是彼此互相吸引,就是彼此互相排斥,这种彼此相互牵引的力量受制于元素之尺寸、质量、位置等因素。统一场论认为,“场”是相互依存事实的整体,是某种“作用”或“量”的时空分布,其本质特点是辐射和吸收的辩证统一。磁场是一种特殊的物质,产生于磁极和电流周围,对放入场中的磁极和电流有力的作用,因此,磁场是指传递物体间磁力作用的场。

磁场蕴“无形”于“有形”中,它们随处都在发生影响、产生作用,医学人文精神的培育与磁场有许多相同之处。假设以“爱为核心”的医学人文精神也存在“磁场源”、“磁场域”并产生“磁辐射”与“磁感应”等效应。磁场源即产生磁场力的物体,“磁感应”即磁场对放入磁场中的磁极和电流有力的作用,“磁场域”即磁场产生作用的空间、范围,磁辐射是磁场释放能量而场内物体吸收能量的过程。这些方面是相互影响、相互联系的,在医学生人文精神培养中,爱的磁场源不断地向外传送能量,而个体的人不断地感受、吸收到爱,经过强化内化为自身的品质后不断地向更多有需之人传递和辐射,磁场域得以扩展和延伸。

医学生人文精神的培养可引入磁场理论,应整合各方资源,充分利用好各要素,吸收资源的优势,发挥三全育人的功效,在学生中形成医学人文的“爱的磁场”,让每一个磁场中人都享受到关爱与温暖,同时注重克服各类“消磁”因素的产生,强化磁性。通过学生思想政治工作逐步强化“爱的磁场”,充分发挥磁场的辐射作用,让爱的磁力在亲人、师长、学生、医患之间传递,散发出光芒,照亮更多的人,让爱的“磁场域”延伸到社会。因此,笔者试图用磁场理论来探究“爱的磁场”的形成机制,以增强医学人文教育的实效性和针对性。

3 医学生“爱的磁场源”

磁场源即产生磁力的物质,在医学院校中人文学科的设置、良好的校园文化及和谐的校园环境等三方面汇聚融合到一起,构成了产生“爱”的磁力的源头。

3.1 人文课程的建设

人文素质是综合素质的重要内容,包括人文知识和人文精神。加强人文学科的建设,重视人文陶冶,提高人文素质,才可能为医学生未来发展提供深厚的文化底蕴。人文知识是主观对客观的反映成果,人文精神则是人文知识的升华,是内化到人言行举止中的品德和性情。医学不仅表现为一种知识,而且还表现为致力于人类健康事业的实践,医学目的的多重内涵和目的自然决定了医学知识结构的多维性及多层次性。

在专业课的教学中,应向学生多角度、多方面地渗透“仁爱”的人文意识关怀教育,在专业知识传授中融合医患沟通、疾病与健康、生命的价值与意义等方面的案例与知识。在实习前教育中引导学生带着“挽救生命、呵护健康、生命价值高于一切”的意识踏入临床实习岗位,以此为前提,形成融合一定的社会文化、伦理、道德、宗教、法律等多重要素而形成的以倡导医疗活动的人性化和人道主义精神为本质内涵的医学伦理规范。

应努力从三方面构建完备的医学人文学科体系。第一层次是以树立正确的世界观、人生观和价值观为内容的“两课”,这是灵魂。第二层次是以提高文化修养为目的的文化知识课程。这是基础,主要由文学与写作,名著欣赏和美术鉴赏等课程构成。第三层次是医学与人文学科相交叉的边缘学科课程。这是重心,主要由医学心理学、医学伦理学、医学社会学、医学美学、医学法学、医学文献检索、医学史等课程构成,在具体讲授时,不局限于介绍人文知识,而要通过人文知识的学习升华到人文素质的养成。为确保质量和效果,使之与众多的医学专业课并行不悖,相得益彰,可通过开设选修课,并实行学分制,要求学生必须达到一定的学分方可毕业,在时间和制度上都有了可靠的保障。

3.2 校园环境的营造

校园环境包括三方面:一是自然环境。自然环境是校园内看得见、摸得着,以整体直观形态出现的物化环境,它主要指校容校貌,即校内的建筑风格、布局及生活在校园内的师生的仪表等,对学生能产生潜移默化的影响。可通过创造优美和谐的校园绿化环境、设置温馨的名言警句、体现医学专业特色的壁画装饰、得体有礼的仪表礼仪等方面陶冶学生情操,让他们于无声细微中感受到关爱。二是文化环境。文化环境情境意即文化氛围,对学生价值观的影响具有潜在性、深刻性与长期性。文化氛围的营造要充分发挥三全育人的功效,依靠广大师生一齐,从学生入学之初,学校的后勤、保卫、学工、教务等部门应协同合作,尽力为新生营造浓厚的关爱氛围,充分发挥学生社团及第二课堂的功效,通过文学、美术、音乐、舞蹈、体育活动、科研活动、演讲、辩论、各类讲座、社会实践等丰富多彩的活动让学生认识爱,学会爱,能够爱,传递爱。学校通过引导、培育出健康向上的校园文化氛围,使学生在浓郁的氛围中得到熏陶,提高学生的文化修养和品位,增强识别假恶丑的能力,自觉追求真善美,从而铸就大医大德。三是虚拟环境。当前,网络正以惊人的速度改变着人们的思想、工作、学习、生活、交往与思维习惯,网络成为高校思政教育的重要载体之一,可充分利用各类网络平台宣传医学人文精神、“爱”的意义、各类专题活动等,使网络成为爱的教育的一个有效途径。

4 医学生“爱的磁场”的强化

“磁场源”产生后,应该根据不同年级的学生特点,通过学生喜闻乐见、形式多样、富有实效的活动,在思想政治教育过程中逐步巩固与强化,让“爱”的磁力向更多人传递与辐射。

4.1 新生入学初营造关爱氛围,使之充分感受到温暖与关爱

大一新生入学之初,正似一块待煅造的烙铁,亦如洛克描绘的白纸,有较强的可塑性,对陌生环境充满着好奇与新鲜感,大学生生活存在诸多想象与疑虑,对师长有较强烈的依赖心理。通过精心设计入学教育各环节,营造关爱融合的氛围。入学教育应系统化与长期化,接待新生时尽可能把工作做到最细致,如为新生准备介绍学院学校情况的温馨礼包,为家长提供水,组织新生及家长参观学院及附属医院;充分发挥朋辈教育的作用,组织高年级学生担任新生入党培养联系人,通过走访宿舍、学习经验交流会等以亲身经历指导新生适应大学生活。这些活动让新生在一个充满关爱与温暖的氛围中成长,在感性上领悟到亲人、同学、老师、学校、社会以及国家的各种关爱,进而从理性上引导学生认识到“爱”是个人素质的外在表现,是人与人之间、人与社会之间沟通的桥梁,提高学生对爱的认识和责任意识。

对生命的尊重与敬畏,是一名合格医生的基本职业准则,学生对爱有了感受和认识之后,进而引导他们体会生命的尊严、生命的价值、生命的可贵,从而自愿发起并参与爱心行动,勇于奉献自己的爱心。可依托学生社团等课外教育的组织载体,开展富有意义、成效显著的实践活动。组织学生参加疗养院义工、义务献血等志愿服务活动;发挥一方有难,八方支援的精神,组织同学为灾区捐款捐物,尽绵薄之力;开展各类便民服务活动,让学生深入中小学、社区、农村、基层,体察民情,学会爱他人,爱社会,爱国家;健全学生的激励评价机制,把参与实践活动的情况纳入综合测评考核,鼓励学生积极参与各类奉献爱心活动,引导他们学会自爱、博爱、仁爱,学会与亲人、老师、同学分享爱,学会感恩父母、回馈社会、回报祖国。

4.2 打造精品专业教育活动,强化“爱的磁场”

大三、大四的学生思想逐渐成熟独立,目标更为明确,已基本适应大学学习生活,正开始接触临床专业课程,课程任务的加重让他们无法兼顾更多的社会实践活动。此阶段的学生开始理性思考专业的发展,基于此特点,在学生认识爱,感受爱的基础上,引导他们更深入地理解爱的内涵,由内心生发出对“大医精诚”的不懈追求,自觉投身到科学知识学习和人文精神修养中,从而具备爱的综合能力素质,巩固与强化“爱的磁场”。

应结合专业特点打造精品专业教育活动,以课外教育活动为载体,积极开展第二课堂教育活动。如旨在增强科研能力的未来学术之星活动,可通过申报课题、开题报告答辩等活泛的方式提升学生的科研兴趣与能力;旨在增强专业技能的医学生文化节之技能操作大赛、知识竞赛等活动,提升学生的专业学习兴趣与意识;旨在培养临床思维的病历讨论会,促使学生临床知识的融会贯通等,通过这些形式多样的精品活动,使学生具备爱父母、爱他人、爱社会的能力,树立“大医必有大德,大德必有大爱”医学人文价值观。

4.3 依托临床实习平台,“爱的磁场域”的延伸

医学生的学习分为理论和临床实习阶段,临床实习阶段无疑是他们向职业医生迈进的重要阶段。这个平台资源丰富,视野广阔,深化他们的理论学习,提升他们的临床操作技能。在实习中他们开始接触临床病人,首次对病人直接负责,逐渐掌握常见病与多发病的诊疗、独立书写病例等临床操作技能,并逐步培养起与各类病人、带教教师的沟通交流能力。可充分利用这个平台,组织学生开展“医德”大讨论,开展“实习经验”的分享与交流,引导学生在临床实习中把爱传递给病人,发挥“爱的磁场”的传递作用。

做好毕业班的离校教育工作,通过毕业晚会、毕业典礼等活动引导毕业生回顾大学的点滴生活,引导他们感谢母校与师长,鼓励他们把大学期间的人文知识内化为爱的潜在意识,外化为行动,把“爱的磁场域”延伸到社会中,发挥“爱的磁场”的辐射作用,在今后的工作中把“爱”的磁力传递给他人,传递给社会,传递全人类,让爱在亲人、师生、同学间流转,让“感受爱、认识爱、学会爱、能够爱、传递爱”循环往复,不断升华。

参考文献

[1]杨建.我国传统文化与医学生人文精神的塑造[J].中国卫生事业管理,2008(9):641-462.

[2]单人麟.构建医学生人文精神教育体系的思考[J].企业家天地下半月刊(理论版),2008(4):243-245.

[3]李芳,李义庭,刘芳.医学教育的本质与医学人文精神的培养[J].医学与哲学(人文社会医学版),2009(10):66-68.

电磁场论 篇8

关键词：电磁兼容自动测试平台,设计,实现

1 电磁兼容自动测试技术的概念和发展

电磁兼容性的英文缩写是EMC, 指的是在电子和电器设备中, 处于一个同样的环境中无法对彼此有影响, 具有兼容性能力的工作。相对于一个设备而言, 其国家与国际标准中所具有的需求所造成的超过其规范中极限值的骚扰, 导致其他设备在工作操作上容易失误, 同样出于避免其他设备对自身的影响, 其也需要具有一定的抗干扰能力, 从而保证自身的正常工作。而对设备中的电磁兼容性进行测试时, 在一般情况下可以称做电磁兼容标准测试。而电磁兼容自动测试技术在发生前的原先测试技术都是以测试设备仪器为关键核心, 依赖于测试技术工作人员的实际操练以及完整经验来辨别其方式能够达成系统故障的检验、定位、隔离等。相对来说, 传统测试办法的效率较低, 在很大程度上依赖技术人员的职业素质与具体行为。但是随着高新科技的发展, 计算机信息技术带来了硬件与软件两个层面的突破, 为电磁兼容测试进步带来技术层面的突破。因此, 通过计算机技术的结合, 使测试技术实现自动化与智能化已经成为了现实中所研究的新话题。

2 电磁兼容自动测试平台的设计

2.1 平台需求

基于电磁兼容自动测试平台中的系统结构机制中的特性, 其电磁兼容自动测试平台中的功能需要包括了以下几个部分, 分别是:

(1) 电磁兼容性平台应有相应的电磁兼容测试运用设备仪器的驱动性能, 而且驱动器中的设备仪器应有可互换性能。

(2) 在供给中, 具备实现公共性能的相关组件。例如:数据分析处理、数据库管理以及实验报告测试等等。从而为测试系统的后期发展提供基础性部件, 并实现接口的规范化与标准化。另外, 在实现电磁兼容自动测试时, 对于其所要求具备的功能组件来说, 一般要根据自动测试平台中的系统开发实验以及电磁兼容测试本身中多含有的特性中概括的功能品种以及类型, 分别是:数据处理、图形显示、仪器驱动、数据库管理以及测试报告。

(3) 在平台基础中, 对于测试过程来说, 需要一套基于测试程序进行开发的方式。

(4) 对于测试平台来说, 一定要求具备通用、兼容以及有效拓展等性能。

2.2 平台框架建造

软件技术属于整个虚拟设备仪器中较为重要的部分, 这是因为在实现电磁兼容自动测试时, 其测试平台的工作目标就是通过平台所进行建造的电磁兼容自动测试系统, 在实际的操作方式上, 对软件平台的框架上对不同软件组件上的组成以及搭配。如果在其试验的过程中需要进行改变时, 只需要增加或者对相关组件进行有效重组。进而可以利用较少的投入, 快速的完成新自动测试系统平台的构建。因此, 在实现电磁兼容自动测试平台时, 只需要对针对核心功能组件进行。

2.3 功能层组件开发

对于测试平台来说, 其设计内容在本质上就是对功能层进行设计, 而相对于功能层来说, 其属于不同功能组件的有效构建。所以, 设计核心应该是对功能组件进行有效拓展。其组件开发过程主要是有三个层面, 分别是:

(1) 组件分析。主要是对组件及其进行有效组建后的功能进行分析, 在实际工作上, 主要基于工作任务出发, 通过不同的划分与设计, 获知组件的对外接口、支持事件、方式以及属性等。

(2) 组件设计。一般来说, 组件设计属于整个组件的根本, 是组件功能、性质、接口得到有效实现的过程。

(3) 组件实现。开发技术人员对组件进行制定时, 通过对平台真实需求进行分析后而得出结论。而对于电磁兼容自动测试平台来说, 其功能组件的实现需要能够总结为以下五种, 分别是:数据处理组件、数据库管理组件、图形显示组件、仪器驱动组件以及测试报告组件。依据标准化的设计流程与管理办法等, 一般情况下, 要对该五种组件接口与功能等进行有效命名。

2.4 平台的系统开发规范

其平台系统实施组建的方式在实际测试任务后, 一定要明确几点: (1) 对于测试的重复性, 其水平能否需要用到自动测试方式。 (2) 其实施的环节和步骤都能够在自动测试中得以进行。 (3) 起所含有的测试机器设备都应该有自动测试性能。 (4) 开发出来的测试平台系统是否可以进行较为简便的操作, 在使用时是否更加具备便利性。对于以上问题, 如果能够确切得到答案, 那么就可以实现自动测试平台的开发。

3 电磁兼容自动测试平台化的实现

3.1 测试系统需求分析

目前, 随着传感、控制、检测、显示、数字信号处理等技术的发展, 其为电磁兼容自动测试提供了极大的技术支持, 特别是计算机与电路技术的突破, 自动测试工作可以说迎来了质变的阶段。而对于电磁兼容测试工作来说, 下面几点技术的发展趋势较为关键:一是计算机测量与控制技术的普及, 其可以帮助电磁兼容性测试实现综合化与自动化。二是多项目与多性能所构建的高效测试。其测试机器设备的达成都是为了可以高度集成化以及便利化。三是分布式测量系统的运用, 其大大提高测量效率与电磁兼容自动技术的准确性。

目前, 从市场反馈信息来看, 大部分电磁兼容预兼容实验室已经实现自动测试技术的应用, 并主要基于军标或民标为核心, 相互之间进行合理的兼顾, 所进行安装的测试机器设备和实验室是非常好的配套作用。而这样的实验室可以达成规定范围所进行的测试以及修改, 其测试总结是能指明其试件能够符合现实所规定范围的需求和标准, 这样也可以提升其测试工作中的效用以及精确程度。

3.2 系统总体设计

利用前端子系统的电流卡钳以及阻抗匹配稳定网络下所采用到的产品信号线和电源输入线的传导发射干扰信号, 或者通过电流探头以及天线采用的产品壳体或连接线缆的辐射发射干扰信号传输给机子系统。其进行接受的机子系统对于接收到的干扰信号实现有效的变频、滤波以及A/D转换等处理工作, 使信号的幅频功能得到处理, 并针对干扰信号进行分析后得出其频率的分量与幅值等, 最后对主控计算机的子系统进行传送。

3.3 软件实现界面设计实现

因为其电容兼容自动测试平台化技术的运用, 使得电磁兼容自动测试系统的软件更加便利与高效。对于一般性的电子产品来说, 其电磁标准测试系统得到总体性设计处理。因此可以知道, 对于软件系统来说, 其主要性能可以依靠组件实现或有效修改作用。

4 结论

总而言之, 本文基于电磁兼容自动测试平台出发, 对其电磁兼容自动测试技术的相关概念与发展情况进行试论, 从而设计与实现电磁兼容自动测试平台, 使我国电磁兼容自动化测试平台能够得到较为迅速的发展, 推动相关电子设备技术的健全和完善, 降低人为操作的影响, 提高自动测试工作的客观性与准确性。

参考文献

[1]方葛伟, 刘毅, 韩敬伟, 宋斌, 何怡刚.自动测试系统软件平台技术[J].仪器仪表学报, 2009, 30 (10) :195-196.

[2]郭岩, 邴洋海, 赵鲁宁.机载电子设备电磁兼容检测软件设计[J].飞机设计.2009, 29 (5) :60-61.

论雷击接闪物产生的磁场强度分析 篇9

雷电灾害在现代生活中日益增多, 人们对闪电意识的模糊不清。经常对利用铁塔架设高压电线, 新建的大型气象风塔, 新安装的独立接闪杆等, 产生了很多异议, 认为由于新安装的此类设施, 致使附近的雷击次数增多, 对家中的电子信息设备等造成破坏, 这是不科学的。

1闪电介绍

闪电分为云内闪电、云际闪电、云地闪电 (地闪) , 一般对建筑信息设备产生破坏的是云地闪电。闪电是一种自然现象, 通常积雨云产生电荷, 雷云下部带负电, 上部带正电, 由于雷云的作用, 使附近导体上感应出与雷云符号相反的电荷, 雷云放电时, 先导通道中的电荷迅速中和, 在导体上的感应电荷得到释放, 如没有就近泄入地中就会产生很高的电位, 这是闪电的静电感应, 本文对此类破坏不作分析。闪电的长度可能只有数百米 (最短的为100米) , 但最长可达数千米。闪电的温度, 从摄氏一万七千度至二万八千度不等, 也就是等于太阳表面温度的3-5倍。闪电的极度高热使沿途空气剧烈膨胀。空气移动迅速, 因此形成波浪并发出声音。闪电距离近, 听到的就是尖锐的爆裂声;如果距离远, 听到的则是隆隆声。由于闪电通道雷电流的迅速变化, 在其周围空间产生瞬变的强电磁场, 使附近导体导体上感应出很高的电动势, 这是闪电的电磁感应。本文重点对电磁感应的磁场强度进行分析。

2雷电流大小与滚球半径

2.1建筑物防雷设计规范GB50057, 明确给出了首次正极性雷击的雷电流幅值, 一类防雷建筑物为200KA, 二类、三类防雷防雷建筑物分别为150KA, 100KA。而首次负极性雷击的雷电流参量为对应正极性雷击雷电流幅值的一半, 即为一类防雷建筑物100KA, 二类75KA, 三类50KA。

2.2用许多防雷导体 (通常是垂直和水平导体) 以下列方法盖住需要防雷的空间。即用一给定半径的球体滚过上述防雷导体时不会触及需要防雷的空间。这种方法通常被称为滚球法。它是基于以下的雷闪数学模型 (电气-几何模型) :hr=2I+30 (1-e-I/6.8) , 可以简化为hr=10·I0.65, 式中hr为雷闪的最后闪络距离 (击距) , 也叫滚球半径;I为与hr相对应的得到保护的最小雷电流幅值, 即比该电流小的雷电流可能击到被保护的空间。在电气-几何模型中, 雷先导的发展起初是不确定的, 直到先导头部电压足以击穿它与地面目标间的间隙时, 也即先导与地面目标的距离等于击距时, 才受到地面影响而开始定向。

2.3年预计雷击次数分析架设一座电力铁塔或者安装气象风塔, 塔的高度为H1时, 假设H1=70米, 其理论上可以拦截雷击使之不落在约70米半径范围内的地面物体上, 引雷的作用只限于周围70米的区域, 所以铁塔的引雷作用是有限的。比如说它不可以把本该击在300米外的雷引过来击在铁塔上。一般来说, 年预计雷击次数N, 表示一栋建筑或一个设施一年可能遭受雷击的次数。N=K×Ng×Ae=K×0.1Td×[LW+2 (L+W) 姨H2 (200-H2) +πH2 (200-H2) ]×10-6。其中K为校正系数, Td为建筑物或者设备所处地区雷击大地的年平均密度 (次/Km2/年) 。所以, 当一座高H1的铁塔, 跟一个长L, 宽W, 高H2的建筑物, 当πH1 (200-H1) ×10-6=[LW+2 (L+W) 姨H2 (200-H2) +πH2 (200-H2) ]×10-6时, 铁塔跟该建筑物年雷击次数是相等的, 也就是说高70米的铁塔与一栋长120米、宽20米、高18米的建筑物一年被雷击的次数几乎是相同的。

3磁场强度的计算

闪电击于建筑物以外附近的情况下, 当无屏蔽时所产生的无衰减磁场强度H0, 相当于处于LPZ 0A和LPZ 0B区内的磁场强度, 应按下式计算:

式中i0—最大雷电流 (kA) , 按GB50057-2010规范附录F选取;sa—雷击点与屏蔽空间之间的平均距离 (m) (图1所示) 。

在闪电击在建筑物附近磁场强度最大的最坏情况下, 按建筑物的防雷类别、高度、宽度或长度可确定可能的雷击点与屏蔽空间之间平均距离的最小值 (图2) , 可按下列方法确定:

(1) 对应三类防雷建筑物最大雷电流的滚球半径应符合表1的规定。滚球半径可按下式计算:R=10 (i0) 0.65。式中:R—滚球半径 (m) ;i0—最大雷电流 (kA) , 按GB50057-2010规范附录F选取。

(2) 雷击点与屏蔽空间之间的最小平均距离, 应按下列公式计算:

当H<R时sa=姨H (2R-H) +L/2

当H≥R时sa=R+L/2

注: (1) 长度L根据具体情况可用宽度W代入; (2) 对所取距离sa小于上式计算值的情况, 闪电将直接击在建筑物上。

4雷击时不同接闪体对周围环境的磁场强度影响

1971年美国通用研究公司R.D希尔的仿真试验通过建立模式得出:由于雷击电磁脉冲的干扰, 对当时的计算机而言, 在无屏蔽状态下, 当环境磁场强度大于0.07Gs时, 计算机会误动作;当环境磁场强度大于2.4Gs时, 设备会发生永久性损坏。根据《电子信息系统机房设计规范》GB50174-2008第5.2.3条“主机房和辅助区内磁场干扰环境场强不应大于800A/m”。800A/m=10Gs。也就是说, 对于敏感电子设备, 与雷击点必须有一定的距离, 才能保证设备的安全, 否则应对设备安装屏蔽等防雷设施, 表2针对独立针, 两杆塔架空接闪线, 三根防雷引下线以上的接闪系统, 列出磁场强度不超过于800A/m时, 应保持的距离。

由表2可以看出, 在无屏蔽措施的情况下, 对于对电磁干扰比较敏感的电子设备, 只要被保护物所处的位置超过一定的距离, 那么被保护物是不会受到磁场强度的破坏的。而当距离达不到要求时, 可以通过加装屏蔽设施来降低磁场强度。

SF=20·log (8.5/w) (为方便计算以简易公式为例)

式中SF—屏蔽系数 (d B) 由GB50057-2010表6.3.2-1得到, w—格栅形屏蔽的网格宽 (m) 。

我们查阅大部分闪电定位系统资料可以知道, 地闪基本上以负极性闪击为主, 雷电流的幅值基本上小于200KA, 但是根据广东某雷电检测中心的数据显示, 广东省中山市在2012年8月到10月南朗镇发生的地闪值, 有几个幅值达到了400KA, 最大的一个达到440KA。所以我们可以根据我们与闪电感应发生源的距离, 以简易的计算方式, 合理的利用屏蔽网格宽度w。必须注意的是被保护设备与屏蔽网格之间应保证一定的安全距离ds。

5结束语

综上所述, 闪电产生的雷电流幅值是有一定范围的, 地闪的产生发展也是按一定路径进行的, 设备设施的安装对闪电的作用是非常有限的, 本文从闪电的基本知识, 雷击次数, 击距, 磁场强度的大小和合理屏蔽等方面对闪电作出分析, 总结了大量的数据, 以及防护闪电感应的方法, 希望能使人们对闪电感应有个科学的认识, 对解决闪电感应的措施的提供方法论的借鉴作用。

参考文献

[1]《建筑物防雷装置检测技术规范》GB/T21431-2008.

[2]《建筑物防雷设计规范》GB50057 (2010版) .

[3]《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2012.

电磁场论 篇10

运输部现有各型机车35台, 实际运用28个调别, 全部采用无线调车设备进行调车作业。无线调车设备已成为调车作业的主要工具, 一旦出现故障就会使调车作业延缓、停滞甚至引发行车事故, 严重影响运输部和相关分厂的正常生产秩序。

1 无线调车对讲机概述

我公司铁路运输调车作业现使用北京中铁公司生产的ZTD—4M型和ZTD-6M型平面无线调车设备, 该套设备全面采用了大规模集成电路、SMC元件的表面安装工艺、微处理器控制等先进可靠的工艺、技术。运输部现使用于28个调别, 28个调别无线调车设备使用方式如图1。

各个调别均采用单频单工的方式工作。调车人员使用调车电台发调车信号, 机车乘务人员通过设置在驾驶室内的机车台接收, 解调输出色灯和语音信号, 并发射回示信号通知调车人员信号已正确接收。

工作频率使用UHF低端, 外界空间干扰信号较弱。考虑到射频信号的自然衰减、建筑遮挡、干扰源的叠加等因素, 为了保证调车信号有效地接收、发射, 每部电台、机车台设计的射频信号覆盖范围不小于半径1.5 km。

2 电磁对无线调车存在的干扰

我公司的铁路站厂机车作业密度高, 其中炼铁站尤其突出, 在2平方公里的区域内最多时有13个调别的机车同时作业。针对我部28个调别的无线调车设备的各种故障统计、分析, 找出了其中引发无线调车信号电磁干扰的故障。主要干扰有不同调别间信号串扰、大功率电器设备干扰、高压输电线干扰、其他电台干扰、内燃机车电源干扰和远地强电台干扰, 如图2。

其中可以发现无线调车信号电磁干扰的主要原因是:不同调别间信号串扰。

不同调别间信号串扰产生的原因有很多, 主要可分为人员、设备、材料、方法和坏境几个方面, 如图3。其中导致不同调别间信号串扰的主要原因为机车台参数调整不当和调车电台参数调整不当。

3 减少不同调别间信号串扰的方法

无线调车设备本身并不存在缺陷, 很多故障是由于检修不完善或使用不当等原因造成的, 在这些方面, 还有许多可以改进和提高之处。电台的参数中, 发射功率和接收灵敏度对干扰信号的能否引入接收机有重要影响。发射功率的影响是:功率过大造成其他电台的有用信号在高功率信号发射期间被湮没而接收不到。电台接收灵敏度的影响是:灵敏度设置过高, 易被其他电台信号干扰。对现在使用的GP88s和GP3688电台机芯来说, 应调整静噪的深度来改变接收机的灵敏度。

由于不同调别作业情况差别极大, 有的调别平均挂车60节以上, 有的调别平均挂车5节以下, 所以不同的调别对无线调车信号的要求也不相同。较长的车列需要电台发射功率大、接收灵敏度高;较短的车列电台的功率可以降低, 电台的接收灵敏度设置可以也不需太高。炼铁站作业机车密度高, 其各调别挂车为铁水罐或渣罐, 多数车长100 m以内。庞村站和二厂站的各调别挂车30节以上, 车长400 m左右。所以炼铁站的各调别使用无线调车设备时, 完全可以降低电台的功率和灵敏度设置标准而不影响正常使用。其他站厂调别使用的电台参数同样可以在铁道部标准的基础上适当调整。从电台的发射和接收两方面入手, 根据实际使用状况对电台参数进行合理调整, 可以有效地降低射频干扰对调车信号的影响, 在保证无线调车设备正常使用的前提下, 因干扰而引起的调车信号中断的现象可以得到极大抑制。

4 结语

降低无线调车设备严重故障的发生率是保障行车安全、提高运输作业生产效率的客观要求, 也是提高设备检修质量, 减少或杜绝严重设备设备故障, 保证生产中正常使用所必须达到的工作标准。由于机车台和调车电台参数调整合理完善, 不同调别间信号串扰的故障已得到有效解决。无线调车设备使用和运行状况良好, 有力保障了调车作业的安全, 极大提高了运输生产的效率。

由于不同调别间信号串扰的故障显著减少, 运输作业的效率也得到很大提高, 基本杜绝了调车作业过程中, 中途停车进行信号检查或改变调车作业方式的现象, 每个调别每班提高运量3%以上。

摘要：该文对调车对讲机的作用、在邯钢运输部的应用情况以及电磁对调车对讲机的干扰进行了阐述, 分析了干扰中谐波和电磁辐射对设备的危害, 并介绍了如何去抑制这种干扰, 使设备发挥最佳的工作方式。

关键词：电磁,无线调车信号,功率,灵敏度

参考文献

[1]李忠泽.浅谈对讲机的检修方法[J].港口科技, 2006 (6) :30-31.

电磁场论 篇11

【关键词】电磁场与电磁波 小班教学 教学方法

【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）18-0040-01

1.引言

《电磁场与电磁波》是电磁场与无线技术、电波传播与天线、广播电视工程、通信工程等电子信息类专业的必修基础课程，该课程的教与学对于专业人才培养十分重要。《电磁场与电磁波》课程内容主要包括静态场、时变电磁场、平行电磁波、导行电磁波和电磁辐射等5部分，涉及矢量分析、微积分、微分方程等数学知识，与大学物理课程中的电磁学部分紧密相关，内容繁多而复杂。面对数学知识基础薄弱、大学物理知识不牢固的学生，采取规模较大的教学班组织教与学的效果十分不理想。在各类实验班教学模式改革的基础上，我校尝试着在小班教学中对《电磁场与电磁波》课程的教学模式和方法进行新的探索，对改善本课程的教与学效果具有重要意义。

2.《电磁场与电磁波》小班教学的探索

2.1 调整教学内容安排，灵活安排授课学期

由于《电磁场与电磁波》课程内容对《大学物理》、《高等数学》等课程的依赖性较大，课程的学习需要大学物理知识和数学知识的支撑[1]。因此，很多高校该课程的授课学期安排在第4或第5学期（大二下或大三上）。但是，一般说来，在整个大学四年的学习中，第4、5学期是学业任务最重的2个学期，难教难学的课程很多，客观造成了学生投入到《电磁场与电磁波》课程上的精力相对减少，学习效果不好。为了改变这一现状，在简单介绍矢量基本运算的基础上，重新整合教学内容，构建从现象到理论再到应用的层次显明的教学内容，形成以电磁现象及规律、电磁理论构架和电磁工程应用三大模块构成的课程体系，降低课程学习对《大学物理》、《高等数学》等课程的依赖，将《电磁场与电磁波》课程安排学期提前在第2学期（大一下学期），将极大的保证学生学习该课程的时间，为该课程学习效果的提高奠定基础。

2.2 小班教学，活跃课堂学习气氛

由于招生规模的扩大，目前高校课程的教学班规模也随之逐渐扩大。在我校《电磁场与电磁波》课程的教学班多是2到3个自然班构成，人数多时可达到100名以上。由于学生水平基礎不同，在数学基础、学习能力和自觉性方面有较大的差异，因材施教十分困难。教师与学生互动较少，课堂气氛沉闷，难免造成教与学的乏味。可以预见，各类实验班小班教学的模式，将有力的改善《电磁场与电磁波》课程的教与学效果。目前我校各类实验班均采用小班教学的模式，人数为25人左右。小班的规模有利于老师熟悉每个学生的情况，便于因材施教，同时，有利于教师与学生的课堂互动，活跃课堂气氛，提升学生学习的兴趣，提高课程学习的效果。

2.3 分组教学，提升学习动力

由于课程内容的抽象性和理论性，学生对此课程的学习一般兴趣不够浓厚，该课程的挂科率、重修率一直较高。另外，多数教师采用的仍然是“填鸭式”、“灌输式”等传统教学方式[2，3]，限于教学内容与学生互动较少，课堂气氛沉闷，造成教与学的乏味，不易唤起学生的学习兴趣。在小班教学中根据人数，可将学生分成几个小组，每个小组4-5名学生。小组式的教学便于授课老师根据教学内容分配教学任务，便于学生通过搜集、分析资料和课堂分享的方式参与课堂教学，便于缓解理论课堂教学的乏味，提升课堂教与学的效果。

2.4 “问题式”与“探究式”教学相结合，提高学习效果

由于是小班安排教学，教师可以采用“问题式”与“探究式”教学相结合的教学方法，引导学生积极参与课堂活动。知识点的讲授分成3个阶段，第一阶段提出问题。教师根据内容，提出3-5个与知识相关的问题，引导学生去思考，调动学生的学习热情；第二阶段学生自学课程内容。学生根据教师提出的问题，短时间内自我学习教材内容，可在小组内讨论，初步理解、掌握知识点；第三阶段教师讲解知识点。教师根据学生对知识点理解和掌握的情况，有针对性的做出讲解，并辅以习题讲解、实例分析等，全面分析知识点。通过该过程，学生可以积极参与到课堂教学中，在“问题式”和“探究式”教学方式的引导下，充分调动自己的学习动力，变被动为主动，有利于课堂教与学效果的提升。

3.结束语

面对大班《电磁场与电磁波》课程教与学的困境，施行小班组织教学的模式将成为该课程教学发展的方向。在小班教学的基础上，通过教学内容的调整、分组教学和“问题式”与“探究式”等教学方法的综合应用，必将充分调动学生的学习热情，极大的改善课程教学的效果。

参考文献：

[1]潘长宁，何军，周昕，“电磁场与电磁波”与“大学物理·电磁学”教学衔接问题的探讨[J]，教育教学论坛，2015，3：159-160.

[2]管爱红，《电磁场与电磁波》课程教学思考[J]，教育教学论坛，2015，14：227-228.

电磁场论 篇12

雷电电磁脉冲( LEMP) 是伴随雷电放电产生的瞬态电磁现象,例如雷电电磁场、雷电感应电压和感应电流等。随着微电子技术的发展,其通过耦合效应对电子设备及输配电设备造成的危害也日益突出[1,2]。尤其是智能电子设备普遍存在绝缘强度低、过电压和过电流保护能力差、对电磁干扰敏感等弱点,一旦设备遭受雷击,雷电电磁脉冲就会影响电气控制系统正常工作和安全运行,对人身财产安全造成威胁[3]。因此,有必要对雷电电磁脉冲的一些规律进行研究,以减少其危害。

魏明等人[4,5]采用数值计算方法计算了DU模型和TL模型下的雷击电磁场分布,他们将大地视为理想导体,得出雷击时空间电磁场有规律可循,并建议考虑大地有限电导率的影响; 杨栋新等人[6,7,8]采用时域有限差分法分别研究了土壤特征以及雷电回击参数对雷击电磁场的影响,并做了雷击电磁场随距离的变化研究,他们所做的计算都是针对地上雷击电磁场分布,考虑到目前地下场所修建的越来越多,因此有必要对地下雷击时的电磁环境进行研究。针对雷击电磁场耦合问题,余占清等人[9,10,11,12]对配电线路上的雷电感应电压进行了较多研究,而对线路终端负载方面的研究相对缺乏。

本文采用FDTD方法对雷电电磁效应进行模拟,研究雷击时地下空间的电磁场情况; 并对线缆终端负载上产生的感应电流及电压进行探讨,这对易遭受雷击地区和受雷电影响严重行业的防雷工作有重要的应用价值。

1FDTD算法参数设置

雷电流波形是进行雷电电磁场计算的前提, IEC31312 - 1标准规定了直击雷波形为10 /350μs波形,但这只是测试波形,对于某地雷击电磁场的计算,选用当地实测雷电流波形所得结果将更准确。 本文随机选用北京地区实测雷电流波形进行模拟, 其波头时间均值为2. 7μs,波尾时间均值为25. 63μs[13,14]。雷电流表达式的模拟采用10阶Heidler函数[15,16],表示为:

式中,I为所模拟的雷电波幅值。

雷电回击工程模型采用MTLE模型,任意时间t,通道中任一高度z' 的电流i (z',t) 与通道底部电流i(0,t) 的关系为[14]:

式中, u为Heaviside函数;为与高度有关的衰减因子为电流波传播速度;为回击速度。

图1为采用式( 1) 和式( 2) 所作的电流幅值为100k A时,不同高度雷电流波形图,随高度的升高, 电流波幅值降低。

FDTD仿真过程中设置空间步长dx = dy = dz = 5m ,时间步长满足Courant稳定性条件,计算后取dt = 8. 67ns 。雷电回击通道设置在原点处,采用CPML吸收边界,周围无障碍物时电场Ez的等值线如图2所示,可以看出在边界处吸收效果良好。

2雷击时地下空间电磁场仿真计算

本文依据所做课题选取地下油罐空间作为模型,因此在地下做一圆柱形空间,圆柱中心线在y轴正下方,内部为空气,圆柱尺寸如图3所示。

计算模型采用直角坐标系,仿真计算采用式 ( 1) 和式( 2) 所示雷电流模型,雷电流峰值假设为60k A。雷电回击通道位于z轴 ( 如图3 ) ,y轴上方为空气,下方为土壤,其介电常数[7]见表1。

对图3中A、B、C、D、E五点进行取样,得到电磁场各分量如图4 ~ 6,其中Ex,Hy,Hz分量为0。

通过图4 ~ 6可以看出,对于地下空间而言,接近雷击通道以及地面的一侧电磁场的数值偏大。就电场而言,相比于地上空间几百千伏每米的数量级, 地下空间的电场强度明显减小,可见地面起到了一定的屏蔽作用,但屏蔽并不彻底,其最大值仍可达到几千伏到几十千伏。比较同一点的Ey与Ez分量, 可以看到Ey明显大于Ez,因此地下空间中的电场防护以径向为主; 比较五点电磁场可以发现,在地下空间中电磁场横向分布规律与地上相似,而纵向上空间内部电场( 点D) 要大于其与土壤接触位置( 点B,D) 处的电场。

通过以上模拟可以看出土壤并不能完全屏蔽掉雷击产生的电磁场,因此对于地下油罐等存储易燃易爆物品的装置,仍然需要对装置进行防雷设计; 对于地下的一些应用到微电子技术的行业场所,感应雷防护更加不容忽视。

当前的生产生活中为避免建筑物直接遭受雷击,多数采用主动引雷的手段,如避雷针等。连接它们的接地引下线可以近似视为雷电回击通道,这样基本能够确定一个区域的雷击点。根据以上分析, 地下空间建设中对电磁场反应较敏感的元器件应放在下面,且距离接地引下线( 雷击点) 较远的一侧; 对于横向分布的电路应避免与接地引下线成径向, 如不可避免则应在电路入设备端安装相应的器件泄放径向电路中感应的雷电过电压和过电流。

3线缆终端负载的雷电感应电压和电流仿真计算

如今人们的各种活动都离不开电力系统,当发生雷击时,用电设备本身的电气特性会使其对雷击电磁场产生耦合,因此除了连接用电设备的线缆外, 还需要对线缆终端负载进行研究,计算其耦合雷电电磁脉冲所产生的感应电压和感应电流,以便采取措施,减小雷电危害。

本文采用FDTD方法进行仿真,计算模型如图7所示,雷电回击通道位于z轴,线缆垂直雷电通道水平放置,两端采用500Ω 负载接地。仿真计算采用式( 1) 和式( 2) 所示雷电流模型,雷电流幅值设为100k A,线缆直径设为1cm,长度为50m,距离雷电回击通道50m,高度为5m,负载上的雷电感应电压和感应电流如图8所示。

从图8可以看出,雷击点附近线缆终端负载上可以产生很强的电磁耦合,电压可达数百千伏,电流可达到数百安,感应电压或电流达到极值后不像雷电流有一个相对较长的波尾时间,而是迅速下降,在雷电流后期有一个较低水平的振荡过程。一般的防雷手段往往只注意对峰值电压或电流的泄放,对电子器件来说,低水平的振荡过程也可能将其击毁,而防雷器件在较低的电压或电流水平却基本不反应。 因此需要对负载雷击感应进一步研究,以完善设备对于感应雷的防护。

由图8可以看出,感应电压和电流脉冲主要发生在雷电流波头时间段,为研究雷击时负载感应电压和电流大小与雷电流波头时间的关系,本文取1.2μs波头时间的雷电流继续对上述模型进行模拟, 雷电基电流如图9所示,仿真结果如图10所示。

比较图8和图10可以发现,负载感应电压和电流的大小与雷电流波头时间有关。当雷电流幅值相等时,波头时间减小,负载感应电压和电流增大,这一规律对于不同地区的防雷工作具有一定的价值。

4结论

1) 本文采用北京地区实测雷电流进行FDTD仿真,计算雷击时地下圆柱形空间中的电磁状况,得出土壤并不能完全屏蔽掉雷击时产生的电磁场,并得出地下电场分量Ey的强度要大于Ez,地下电场防护以径向为主。

2) 对线缆终端负载进行雷击电磁场耦合,得到了负载上感应电压和感应电流的数值水平,并从感应曲线上看出感应电压和感应电流在尖峰过后会有一个足以对大多数自动化系统产生危害的振荡过程。