工程电磁学

工程电磁学（精选12篇）

工程电磁学 篇1

摘要：讨论在新经济形势发展下, 如何改革电磁场与电磁波课程教学的教学模式, 探求比较全面的教学方法和手段, 来培养全面的具有创新精神和实践能力的高素质的人才, 以适应现代科技社会高速经济发展的需要。

关键词：电磁场与电磁波,工程实践,教学改革

1. 引言

21世纪的新经济是以高新技术和知识为支撑的, 现代经济的发展需求使工程实践越来越综合化和复杂化, 因此对工程技术人才的素质提出了更高的要求。1995年, 美国白宫科学技术委员会发表的《科学与技术》白皮书中谈到:“工业界应该使大学重新获得迎接存在于工业和国际市场中的挑战和机会的能力。反之, 大学也应使其工业界伙伴重新获得训练有素、生气勃勃的年轻人才和大学的科研成果, 以利于美国工业在竞争激烈的、科技发展日新月异的世界上保持领先。”[1]由此可以看出即使在充满着危机意识的美国教育界, 也仍然感到人才的匮乏, 满足不了高新技术产业经济发展的需要。目前我国随着高新技术的发展, 现代工业也日益体现出实践、应用、综合和创新的特点, 因此如何在新形势下改革和探索电磁场与电磁波课程教学的教学模式与方法, 以适应科技社会高速发展的需要, 如何培养具有创新精神和实践能力的高素质人才, 是我们高等教育工作者急需解决的课题。

1.1 工程实践能力培养

当前我国急需熟悉现代科学知识和掌握各种应用能力的高级专业人才, 专业人才最突出的特征就是具有较强的实践动手能力, 也就是能够理论联系实际, 将所学知识应用于工程实践中, 并且能够解决现实工程所遇到的问题。我们高等教育当前也应该致力于培养应用型的本科毕业生, 使其在相关领域的基础理论、专业理论知识和实践技术技能等各方面能够具有应用复合性的综合职业能力和全面素质, 以满足和适应社会岗位技术水平的提高和知识结构多样化的需要。因此高等教育在教学内容上要以工程技术领域的需求为出发点, 在满足相关专业的学科理论的基本要求上, 以现在工程上正在使用或有可能推广使用的技术为主要教学内容, 课程设置上要具有应用性、针对性和实用性。其中公共和专业的基础课程内容以适应终身教育为主, 而专业课程内容则要求针对性和实用性, 时刻与现代工业需要保持一致。在实践性环节的设置上以培养学生的应用能力和智力技能为目的, 使学生能够有针对性地获得较为系统的基本技能和专业技术训练, 切实提高学生的工程实践能力。

1.2 电磁场与电磁波课程特点

在我们日常生活、物理探测、通信、电子对抗等各个领域, 微波技术的应用越来越广, 同时也越来越重要, 因此与电磁相关的人才越来越受到社会青睐, 作为电磁专业的基础课, 电磁场与电磁波课程的地位也越来越重要。怎样上好电磁场与电磁波这门课, 同时能够理论联系实际, 满足现代工业技术发展需要是一个很大的挑战。由于我国高等教育起步较晚, 加上近来高等教育大众化的趋势带来的教学资源紧缺, 不免暴露了许多缺点, 特别是理工科教育存在着以下几方面的问题:专业教育的知识面窄, 学生缺乏科研实践和科研方法的训练, 缺乏对实验设计, 观察能力, 分析能力及表达能力的全面训练。再加上电磁场与电磁波课程知识体系中的理论公式复杂, 电磁场的模型抽象以及电磁场本身不可见, 学生很难理解课程上的知识更不用说是应用于工程实践。为了满足当前高等教育提高学生工程实践能力, 培养工程应用型人才的目的。我们对传统的电磁场与电磁波教学的基础上进行改革和探索。

电磁场与电磁报作为一门传统的工程专业课程, 是一个纯理论课程, 课程内容抽象, 局限在一个狭小的范围, 而且与实际工程不相关, 更谈不上培养学生的工程实践能力。要解决变现有教学上的问题就需要将加强电磁场与电磁波理论基础知识、方法和技术的培养, 同时加强实验、课程设计、实习等实践教学环节的改革, 以组织学生参加课外活动和专业竞赛则作为辅助, 来强化学生自主创新能力、沟通能力、同时培养学生团队合作精神。

2. 教学思路与方法

既然高等学校的人才培养应该以工程实践为目的, 因此课程教学改革的核心应该是“工程实践”。

2.1 课程内容方面

首先从课程内容上面, 要理清教学内容的重点与难点, 突出重点, 突破难点。关键是明确教学目的与要求, 对该课程在学生知识体系中地位与作用要有充分的认识。其次, 因为电磁场与电磁波课程内容概念抽象, 数学建模要求较高, 这就要求任课教师在课堂讲授时, 同时以案例、问题、项目为中心组织教学, 注重学生的主动参与, 在教学方式上由老师给学生创设情景或提出问题, 学生通过自己的查找资料或进行调查研究得出一定的结果。用科学的教学方法传授知识, 使学生能够学习和使用其解决问题的思想方法, 从而使课堂教学更贴近学生将来必然要面临的真实问题。同时现在本科课程大多使用多媒体, 由于多媒体教学的特殊性, 教师授课若只盯着电脑屏幕, 就会与学生缺乏交流。因此在教学中将多媒体手段与传统教学方法相合, 适时适度使用多媒体手段, 活跃了课堂气氛, 使学生在教学过程中处于主要地位, 能有效地从学生那儿得到学习情况的反馈信息, 提高了教学效果。

2.2 实践能力培养

应用技能与创新能力培养则通过增加课外大作业、实训和开展与学科教学相融合的专题研究, 以培养学生应用技能与创新能力, 实现研究性学习。开展与学科教学相融合的专题研究的根本目的是为了弥补课堂教学的不足, 它与课堂教学是相互补充、相互促进的共生体。而研究性学习正是以此为切入点, 并作为主要的教学目标。

(1) 通过开展电磁场与电磁波相关专题的研究活动, 让学生体会电磁场与电磁波对新世纪新技术发展的派生和带动作用, 了解该课程在现代信息技术发展中的重要性.并能分析和解决日常生活、生产实践和科学研究中所遇到的最基本的实际问题, 获得用电磁理论分析和处理一些基本问题的能力。

(2) 专题的选择上, 要重点突出科学与社会实践技术相结合的方面, 要求学生能够通过自己查阅资料, 分析问题和解决问题, 采用小组合作的方式, 相互分享和交流研究成果, 完成课题的研究、分析、建模和数学分析, 最终提出解决方案, 同时能够分析解决方案的优缺点, 改进方法。

3. 结束语

实践证明, 研究性学习提高了学生的学习兴趣和自主学习能力, 加强了学生之间的相互交流和语言表达能力, 培养了学生团队合作能力。拓宽了学生的知识面, 加强了学生的工程实践能力, 提高了学生的综合素质, 实行开放式办学, 面向社会, 面向工程实践, 适应社会的需要。

参考文献

[1]田逸.美国大学生工程实践能力培养及其对我国的启示[D].湖南:湖南师范大学.

[2]许碧惠."电磁场与电磁波"课程的教学思考[J].电气电子教学学报, 2009, 31, (3) .

[3]杨其滨.地方综合性大学构建"研究性学习"体系的意义及对策[J].黑龙江教育学院学报, 2010, 29, (8) .

[4]丁兰.高校理工类教材建设探索—基于《电磁场与电磁波》[D].南京:南京师范大学, 2006.

工程电磁学 篇2

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《工程电磁场》课程教学大纲

课程编号: 00200680 课程名称:工程电磁场 英文名称:Engineering Electromagnetic fields 总 学 时:48 总 学 分:3.0 适用对象: 电气工程及其自动化专业本科 先修课程:大学物理,高等数学

一,课程性质,目的和任务

工程电磁场是电气工程及其自动化专业的技术基础课之一.设置本课程的目的是让学生从整体上 掌握电磁场的基本定律,基本理论和基本分析方法,了解电磁场边值问题的表述以及数值计算方法.了解电磁场方法在电气工程中的应用.为后续课程的学习和解决工程电磁场问题打下良好的基础.二,教学要求和内容 基本要求

理解库仑定律,安培定律和法拉第定律的重要性.理解电场强度,电位移矢量,电位,电流密度,磁感应强度,磁场强度,标量磁位和矢量磁位等 基本概念.3.理解静电场的环路定理和高斯通量定理,恒定电场的电流连续性定理,恒定磁场的安培环路定理 和磁通连续性定理.4.全面理解麦克斯韦方程组的积分形式和微分形式.5.掌握电磁场直接积分方法,利用定理方法和镜像法.6.掌握各类电磁场边值问题的表述方法.7.了解电磁场能量的分布和转换规律.8.了解电磁波的基本传播规律.9.了解电路参数的定义和计算原则.10.了解求解电磁场边值问题的有限元法.11.了解电气工程中电磁场问题的表述,求解步骤以及电磁场分布规律.1.2.基本内容

1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.矢量分析与场论 静电场的基本定律,基本定理,基本解法和边值问题.恒定电场的基本定律,基本定理,基本解法和边值问题.恒定磁场的基本定律,基本定理,基本解法和边值问题.时变电磁场的基本定律,基本定理,基本解法和准静态场的边值问题.镜像法及模拟电荷法.有限元法及边界元法.电磁场的能量及其转换规律平面电磁波 电路参数的定义和计算方法 1 11.电气工程中的电磁场问题

三,教学安排及方式

以课堂讲授为主,辅助于课堂讨论,讲授与讨论基本达到:7:2 四,各教学环节学时分配(建议)序 号 课程内容 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 教学环节

教 学 实 验 上 机

讨 论

课 外

合 计

矢量分析与场论 静电场的基本原理 恒定电场的基本原理 恒定磁场的基本原理

时变电磁场的基本原理 镜像法及模拟电荷法 有限元法及边界元法 电磁场的能量与力平面电磁波 电路参数的计算原理 电气工程中的电磁场问题

合计

4 6 4 4 2 4 4 4 2 44 4 2 1 1 4 6 4 7 5 4 2 4 4 4 2 48 8 12 8 14 10 8 6 8 8 8 4 96 五,推荐教材和教学参考书

工程电磁学 篇3

关键词：电气工程;工程电磁场;教学改革

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）32-0069-01

工程电磁场是电类专业一门重要的、理论性较强的专业基础课程，它所涉及的内容是相关专业本科学生知识结构的必要组成部分。本门课程的理论性较强，物理概念较抽象，要求的数学知识较多，该课程的突出特点是理论严谨和体系完整，在逻辑推理和数学分析上都具有一定的典型性，它不仅为专业课程提供了必备的基础知识，而且培养学生正确的思维方式并掌握科学分析问题的方法，为学生解决实际的工程问题奠定初步的理论基础。[1]

一、根据专业新特点调整教学内容

电气工程及其自动化专业学习的专业课程主要是我们所谓的“强电”，其后续课程中与工程电磁场有关的是电机学及电力拖动技术、电力电子技术、电磁兼容技术等电磁设备和器件的分析与设计。因此，学生感觉工程电磁场这门课用处不大，学习积极性不高，在课程内容安排上，还是以静电场为主，虽然上课时反复强调该课程与普通物理等课程中的相关内容在教学上不同，但仍然容易使学生产生内容重复的感觉。

专业认证教学计划调整后，我校的电气工程及其自动化专业的工程电磁场这门课学时调整为32学时，但随着科学技术的发展和不同专业间的相互渗透，大型自动控制系统中涉及的电磁场问题越来越多，电磁场理论与电气工程及其自动化专业的关系也更加密切，这就从客观上要求学生掌握更多的电磁场理论知识，原来的教学内容必须拓宽。这就形成了内容增加和学时减少的矛盾，为了解决这个矛盾，对课程内容做了如下调整：

1.删减静电场内容

工程电磁场这门课大多数在教学内容安排上遵循先静电场，后时变场的思路，并且静电场所占比例较大，但从这部分内容的基本概念考虑，学生在大学物理中就有所接触。因此，我们不按照静电场、稳恒电场、稳恒磁场，这样的模式组织静电场内容，从开始就直接进入到时变电磁场中，即首先引入麦克斯韦方程组，讨论时变电磁场的基本运动规律，因为麦克斯韦方程组可以解释电磁场的一切宏观现象。在麦克斯韦方程组教授时将静电场作为一种特殊情况引出，用较少的学时介绍其特殊性以及与时变电磁场在理论上的一致性。这样既节省了学时，保证了理论的完整性，又可避免学生在学习静电场时产生的厌烦心理。[2]

2.增加应用背景内容

工程电磁场这门课具有广泛的应用背景，尤其在工程实践、科学研究以及日常生活当中。但目前绝大多数教材都没有相关内容的简介，而对电磁现象的应用背景介绍会激发学生对其产生强大的兴趣。比如在课堂上和学生讨论微波炉中为什么不能用金属器皿;短波收音机为什么晚上会收到更多的台但干扰大的问题;医院的核磁共振设备是依靠什么原理检查人体的状况等，使学生意识到该课程的重要性，提高学习的积极性。[3]

3.加强时变电磁场理论的教学内容

学习本课程之前，学生对于时变电磁场的知识仅限于简单的电磁感应现象，更多的只是定性认识，但在现代社会中的广泛应用，时变电磁场是工程电磁场这门课的教学重点。通过静电场内容的科学删减，用于该部分内容的课时可达16学时。在内容讲解上，可直接由麦克斯韦方程组推出亥姆霍兹及波动方程，并且可以适当的增加时变电磁场理论的具体应用和发展状况，帮着学生理解相关概念，可以提高教学质量。[4]

二、教学手段的改革

1.简化数学推导过程，注重结论认识

工程电磁场理论这门课概念抽象、理论性强、用到数学知识多，这是电气学生的共同感受。主要是表现在对矢量分析等知识方面。教材中满篇的点乘、叉乘、矢量符号就厌倦了，未学先惧是学生存在的普遍现象。那么，如果在授课过程中进行大量的数学推导，一方面学时有限，另一方面必定会加剧学生对本门课程的畏惧。所以要简化数学推导，只要讲清分析思路，将重点放在结论认识上。[5]

简化数学推导并不是完全回避数学内容，而是要详略得当。一处详讲后，以此类推，只进行分析思路的讲解，直接拿结论来用。例如，麦克斯韦方程组是研究一切宏观领域电磁现象的理论来源，为此从相关的法拉第电场感应定律、高斯定理、安培环路定律、磁通连续性原理等学生已有的物理概念入手，逐步归到麦克斯韦方程组上来，并对方程组的物理意义作详细的讲解。这部分内容要从数学、物理两个方面仔细讲授，让学生真正掌握麦克斯韦方程组的实质，认识到它的重要性。

2.教学方式多样化

传统的教学方法是老师利用黑板用板书上课，但是由于工程电磁场这门课有大量的数学公式，并且有复杂的图形也非常难画，如果用板书画就会浪费很多时间，学生也会失去耐心，久而久之，便失去了对这门课的兴趣。所以，多媒体软件的制作，会使枯燥的教学内容变得生动，例如许多难以理解的抽象的电磁能量转换过程和电磁场的分布可以显示出来，这样能够加强学生对基本概念的理解。利用软件如ANSYS或者ANSOFT进行电磁场演示，[4]可以使学生清楚的看到电力线、磁力线、等位线等的分布，这样不仅加深印象，还有利于激发学生的学习热情和兴趣。

但是如果只是单纯的使用多媒体课件进行教学，学生就会感觉反感，像放电影一样没有任何收获。同样只是单纯的使用板书进行教学，课堂气氛就会显得格外枯燥无味。所以将多媒体课件和板书这两种教学方式结合起来，一方面可以发挥多媒体信息量大、直观的优势;另一方面可以保留板书教学逻辑严密的优势，这样学生就会较容易的理解这门课程。

3.启发式教学

电磁场是既看不着也摸不着的，要想掌握其规律，必然涉及认知心理学的问题，研究表明，对于难理解的知识，学生通常采用逃避的方法。所以，在授课过程中，教师既要分析学生又要分析教材所授内容。适当的处理内容的复杂程度，可以将复杂的知识点分解成各个小知识点，最后融会贯通。另外，研究还表明，中等程度的不确定性容易引起学生的注意。[6]所以，在教学的过程中要通过适当的不确定性来引起学生的探寻。特别在解决一些问题时，多安排不确定性，以使学生分析和解决问题。但是概念性的问题少一些不确定性，比如，闭合线圈是如何产生电流的？在解决问题中，老师要给与必要的引导，啟发自主思维，来理解电磁感应规律。

另外，在教学过程中可以采用实验启发式教学方法。比如在讲解楞次定律时，可以借助实验设备向学生介绍当条形的磁铁插入和取出时磁场的变化而导致磁通量的变化，从而才产生感应电流的整个过程。通过这种教学方法，既可以激发学生的学习兴趣，使课堂气氛活跃，又可以提高教学效果。

三、理论联系实际，提高工程实践能力

理论联系实际对工程电磁场这门课尤为重要。电磁场看不到、摸不着，如果只是讲解理论知识，不和工程实际联系在一起，就会使学生感到枯燥，不知道学是为了什么，影响到学生学习的积极性。所以，把理论联系工程实际贯穿于整个教学过程中，一方面可以提高学生的学习兴趣，另一方面可以提高学生的工程实践能力。[7]例如，讲解电场感应时和电动机、发电机结合在一起;讲解极化时和电视天线结合在一起;讲解波入射时结合光纤中的信号传输等。这样通过联系实际，加深学生对理论的理解，提高学习的热情和兴趣。

四、结束语

工程电磁场是电气工程及其自动化专业的一门专业基础课，根据工程教育专业认证的特点对工程电磁场课程进行了一些试探性的教育教学改革，可以激发学生的学习兴趣，有效调动学习积极性，提高工程实践能力，为电气工程专业课程的教育教学改革进行了有益的探索和研究。

参考文献：

[1]张慧娟，杨文荣.工程电磁场与电磁波基础[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2]雷银照.电磁场[M].北京：高等教育出版社，2010.

[3]于艳等.电气工程及其自动化专业电磁场课程教学内容整合及教学方法研究[J].电气电子教学学报，2008，22（4）：64-66.

[4]刘仕兵，刘子英.电气工程专业电磁场课程教学改革探索[J].华东交通大学学报，2006，（23）：70-71.

[5]杜国宏，曹俊友.基于CDIO的电磁场与微波技术类课程教学改革探讨[J].电气电子教学学报，2009，（9）：52-54.

[6]皮连升.教学设计——心理学的理论与技术[M].北京：高等教育出版社，2001：228.

[7]倪有源，鲍晓华，张学.工程电磁场课程教学改革研究[J].课程教材，2011，（7）：73-74.

“工程电磁场”教学研究 篇4

作为电气工程专业的专业基础课, 由于课程特点[1]和现阶段本科生自身的特性[2], 加深了这门课的教学难度。多年来该课被公认为难教、难学, 而且很多学校在教改中对这门课程压缩课时严重, 忽视了这门课在教学中专业基础的位置, 甚至将其定性为考查课, 导致课程受重视程度不够, 没有达到这门课程的教学要求。

本文依据太原科技大学和华科学院的教学实践, 结合教改的成果和课程发展的现状。谈谈我们教研室的教学经验和体会。

1 讲好绪论课, 培养学习兴趣

好的绪论讲解能打消学生的学习顾虑, 淡化学生基础差的心理阴影。树立克服学习困难的决心。在绪论讲解中可以介绍前人成果, 总结学科现状, 展望未来发展, 和同学探讨学习方法, 从而激起学习兴趣。教学中与学生聊一些生产生活中的电磁现象:人体静电、人体辉光、发电机、电动机、变压器、电报、电话、收音机、热核聚变装置等等。让学生在听故事中培养学习兴趣。同时引导、鼓励学生灵活运用学到的知识分析问题、解决问题。适当引入雷达、天线、电磁测量、磁力探伤、涡流探伤为后续课程做好铺垫。

好的课程讲解要求教师既要熟悉掌握教材的内容, 又要阅读相关杂志、文献, 了解最新的发展动态, 收集整理相关资料, 更新教学内容。此外教师还要锻炼表达能力, 提升讲课艺术。这样才能多角度调动学生的求知欲, 激发学生学习热情。

2 合理运用多媒体教学, [3]提高课堂教学质量

教学实践表明, 多媒体教学是不能取代板书教学的, 只有合理运用多媒体, 注重两者优势互补, 教师才能提高教学质量, 活跃课堂气氛;学生才能紧跟教师思路, 完成大容量课堂教学的任务。

“工程电磁场”这门课程的教学任务之一是培养学生的数学推导能力和空间思维能力。在教学中我们采用板书与多媒体配合;平面图形与立体三维图形与动画配合的教学方法, 才能更好地完成这一任务。

如在讲解正弦均匀平面波的传播[4]时, 正弦均匀平面波的传播方向与电场、磁场方向三者相互垂直且满足右手螺旋关系, 有些学生很难想象波的空间传播, 如图1。教师首先通过多媒体展示并讲解电场、磁场、传播方向三者相互垂直且满足右手螺旋关系的传播示意图。这样学生首先从视觉上有了一个正确的波的传播概念, 同时也激发了学生的好奇心。教材中讲解波动方程推导步骤省略较多, 学生不易看懂。通过板书推导波动方程, 学生思维活跃, 课堂氛围较好, 能够较好的掌握推到步骤。最后展示正弦均匀平面波传播的动画。这样的一堂课从讲课内容来说, 讲课由简入难;从思维角度来说, 立体———抽象———立体。最终达到了较好的教学效果。

3 理论联系实际, 开阔学习视野

“工程电磁场”这门课程理论性性强, 抽象。在生产、生活中有着广泛的应用。在教学中应该强调理论的准确, 思路的严紧, 注重理论联系实际。讲课要贴近生活, 贴近实践。教学中多运用“工程电磁场”的理论解释日常生活现象和工程实实例, 鼓励学生将抽象的理论知识与生产实际相联系。

比如静电场中可以讲雷阵雨天气的闪电现象, 恒定电场中电焊拉弧现象, 恒定磁场中电磁阀的原理, 在讲准静态电磁场中的涡流时可以加入电磁炉的原理, 讲平面电磁波时可以讲收音机、电视机的信号发射、接收原理等等。通过现实生活中的实例, 学生加深了对“工程电磁场”的理论认识, 培养了用“工程电磁场”的理论分析实际问题的能力。教师讲课要理论联系实际, 学生学习要注意学以致用。

4 综合创新型实验教学模式, 培养学以致用

课程实验是教师引导学生理解课程内容, 培养动手能力的教学单元。是学生接触生产生活和工程应用的手段。针对“工程电磁场”课程专业基础性强, 应用广泛的特点, 以往的理论性实验, 应用性实验完全是教材提供教学大纲, 提供实验步骤。学生只要按部就班就能做出实验结果。这种固定的实验一做就是好多年, 已经谈不上时代背景, 学科发展了。

这种教材提供的实验已经不能完全满足现在教学的需求。为了培养独立、创新型学生, 现代教学推荐学校开设综合性创新实验。实验内容的编写应根据本校电气工程类专业的教学特点及实验室设备情况。合理开发综合创新型实验, 编写实验大纲。

综合创新型实验教学模式是一种模拟科学研究的新型教学模式, 实验与实践有机的结合, 在教学中以学生为主体, 教师引导学生利用已学的课程知识, 自学部分后续课程, 自己搭建实验平台, 验证基础理论, 提高对知识的综合运用能力与实践能力。

例如:以30人的班为例, 开发位置传感器的综合性创新实验。我们提供了5种位置传感器如图2, 学生按兴趣分组, 可以看出每组6人进行接近式位置传感器性能测试。

要求:学生根据提供的5类传感器运用相应的电磁学原理, 自学相关的传感器知识。利用数电、模电知识设计外围电路, 检测传感器位置, 书写实验报告, 进行实验答辩。

实验过程中有参加过电子设计大赛的学生, 把传感器整合到电动汽车上;参加机器人大赛的把传感器整合到机器人上;喜欢航模的把传感器整合到飞机上测量螺旋桨转速;喜欢无线电的把传感器测得信号以短信形式传到手机上。这样的实验形式多样, 结果各异, 达到了教学实验的目的。

在这样的课题学习中学生们一起探讨问题, 集思广益。最终巩固了电路、模电、数电的知识;同时发现了电磁场在工作、生活中的应用前景;也为学生学习传感器技术打开了一扇新门。这样的项目实验充分调动了学生的学习兴趣, 激发了学生的探索、求知的欲望。学生在项目中锻炼了发现问题、提出问题、解决问题的能力。他们把自己当成科研人员, 查资料、做实验、编写实验报告, 每个人的学习兴趣都被最大限度调动。

5 结语

基于“工程电磁场”的教学特点, 任课教师要不断总结自己的教学心得, 参考其他教师的成功经验, 研究教学方法, 改进教学手段, 提高讲课艺术来吸引学生, 培养学生的学习兴趣, 提高学生分析问题解决问题的能力。教师要跟上专业发展的形势, 认真学习专业知识, 提高自身素质, 引导学生分析工程实例, 鼓励学生自学相关课程, 激发学生的学习热情。合理运用多媒体和仿真工具辅助教学, 积极引导学生独立完成课程实验。做到以课本教学为主, 课程实验为辅, 培养能独立分析问题、解决问题, 有动手能力的大学生。

摘要：“工程电磁场”是电气工程专业的一门专业基础课。教学中, 由于课程内容多, 授课时间短等原因, 使得这门课程的教与学存在着一些问题。本文结合多年的教学经验和教学工作的实际, 针对教学内容和学生特点对该课程的教学研究进行了有益的探讨与实践。就如何提高这门课程的学习质量提出了合理的建议和措施。

关键词：工程电磁场,课堂教学,教学研究

参考文献

[1]田雨波, 张贞凯.电磁场理论教学改革初探[J].电气电子教学学报, 2008 (1) :11-12

[2]程婧.改革开放以来大学生思想政治教育若干问题研究[J].学术论坛, 2010 (3) :181-185

[3]孔德音, 黄丽明.课堂教学中“多媒体教学法”的合理使用[J].中国轻工教育, 2009 (3) :63-64.

工程电磁学 篇5

第四章 准静态电磁场

4．1 准静态电磁场

1．电准静态场

由麦克斯韦方程组知，时变电场由时变电荷和时变磁场产生的感应电压产生。时变电荷产生库仑电场，时变磁场产生感应电场。在低频情况下，一般时变磁场产生的感应电场远小于时变电荷产生的库仑电场，可以忽略。此时，时变电场满足

E0

D称为电准静态场。可见，电准静态场与静电场类似，可以定义时变电位函数，即

E

且满足泊松方程

2 Dt 与电准静态场对应的时变磁场满足

HEB02．磁准静态场

由麦克斯韦方程组知，时变磁场由时变传导电流和时变电场产生的位移电流产生。在低频情况下，一般位移电流密度远小于时变传导电流密度，可以忽略。此时，时变磁场满足

HJcB0

称为磁准静态场。可见，磁准静态场与恒定磁场类似，可以定义时变矢量位函数A，即

BA

且满足矢量泊松方程

2AJc

与磁准静态场对应的时变电场满足

ED崔

翔

第 1 页

2013-3-30

Bt

《电磁场》讲稿（4）

例1：图示圆形平板电容器，极板间距d = 0.5 cm，电容器填充r=5.4的云母介质。忽略边缘效应，极板间外施电压u(t)1102cos314tV，求极板间的电场与磁场。

[解]：极板间的电场由极板上的电荷和时变磁场产生。在工频情况下，忽略时变磁场的影响，即极板间的电场为电准静态场。在如示坐标系下，得

E图平板电容器

uez2110cos314tez3.11104cos314tez V/m 2d0.510由全电流定律得出，即由

Hdl2HlDdS3.11104314r0sin314t2ezez tS极板间磁场为

HHe2.335104sin314te

A/m 也可以由麦克斯韦方程直接求解磁场强度，如下

HDEr0 tt展开，得

1(H)4.669104sin314t 解得

HHe2.335104sin314te

A/m 讨论：若考虑时变磁场产生的感应电场，则有

EBH0 tt展开，得

Ez03142.3104cos314t 解得

Ez4.5371082cos314t

V/m 可见，在工频情况下，由时变磁场产生的感应电场远小于库仑电场。

崔

翔 第 2 页 2013-3-30

《电磁场》讲稿（4）

3．不同媒质分界面上的边界条件

对比准静态电磁场与静态电磁场的基本方程可见，仅麦克斯韦方程组中的两个旋度方程有异。因此，只需推导准静态电磁场在不同媒质分界面上的切向分量之间的关系。

对于磁准静态场中旋度方程对应的积分形式

EdlBdS lSt在媒质分界面上取一个小回路，可得

ElBs1t1E2tl1tl1l2

即 EBs1tE2ttl2 由于磁感应强度对时间的变化率为有限值，当l20时，有

E1tE2t0

即电场强度的切向分量在媒质分界面上依然连续

E1tE2t，en(E2H1)= K

综上所述，准静态电磁场的边界条件为

H2t-H1t = Ks，en(H2E1)= 0 B1n=B2n

，en (B2D1)=

4．时谐电磁场的复数表示

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《电磁场》讲稿（4）

在大量工程问题中，场源及其所产生的电场和磁场都随时间作正弦变化。即使是非正弦的变化，也可通过傅立叶级数或傅立叶变换将其分解为随时间作正弦变化的分量的迭加来进行研究。

在准静态电磁场和下一章的动态电磁场讨论中，主要讨论随时间作正弦变化的时变电磁场(简称为时谐电磁场)。以电场强度为例，在直角坐标系下可写为

E(r,t)exExmrcostxreyEymrcostyrezEzmrcostzr 式中，是角频率，Exm、Eym、Ezm及x、y、z分别是电场强度在直角坐标系下的三个分量的振幅和初相位。

采用相量表示法，上式可表示为如下复矢量(相量)，即

Em(r)exExm(r)eyEym(r)ezEzm(r)

式中，ExmExmejx，EymEymejy和EzmEzmejz。瞬时矢量被复矢量表示如下

jt Er,tReEmreRe2Erejt式中，Er为与复矢量(振幅)Emr对应的有效值表示。

采用复矢量表示时谐电磁场后，麦克斯韦方程组可写为如下复数形式

HmJcmjDm EmjBm Bm0

Dmm

类似地，也可以写出媒质构成方程的复数形式。

一般称上述方程组为麦克斯韦方程组的频域形式，而称原有的方程组为麦克斯韦方程组的时域形式。显然，采用麦克斯韦方程组的频域形式后，不再含有场量对时间t的偏导数，从而使时谐电磁场的分析得以简化。为书写简便，同时，也基于实际测量中所得为正弦量的有效值，故本书采用复矢量的有效值来讨论时谐电磁场理论。

例2：写出与时谐电磁场对应的复矢量(有效值)或瞬时矢量，EeyEymcos(tx)ezEzmsin(tx),HxjH0sincos(xcos)ejzsin。

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《电磁场》讲稿（4）

[解]：EreyEyej(x)ezEzej(x)2eyEyej(x)ezjEzej(x)

Hxr,t2H0sincos(xcos)cos(tzsin)2

2H0sincos(xcos)sin(tzsin)4．3 集肤效应与透入深度·电磁屏蔽

1．集肤效应与透入深度

对于频率较高的电磁场问题，导体内部出现如图所示的集肤效应，也就是涡流效应。设相对于传导电流可以忽略位移电流的影响，此时，导体中电磁场可近似为磁准静态场，满足方程

(a)低频，电流均匀分布(b)高频，感应电场的作用(c)集肤效应

图 圆导体截面内电磁场分布示意图

HEBEt

B0D0 消去H得

EHEH ttt运用矢量恒等式及 D=E=0，有

E(E)2E2E

得

2EE tH t同理

2H上式偏微分方程称为扩散方程。对于时谐电磁场问题，扩散方程的复数形式为

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《电磁场》讲稿（4）

EjEPE HjHPH 2222式中

Pj21j11j

d图 半无限大导体内的集肤效应 对于一维场问题，如在图所示的半无限大导体(x>0)，设交变电流沿y轴方向流动，即JJyey，且Jy仅为坐标x的函数，则EEyxey。故满足扩散方程的解为

EyAePxBePx

当x→∞时，Ey为有限值，所以B＝0。由设x＝0时，EyEy0，则

EyAePxEy(0)ePx

又由H=E，知H = Hz(x)ez。同理可得

HzHz(0)ePx

以及

JyEyEy(0)ePxJy(0)ePx

 现在，以电场强度为例分析导体内部电磁场的分布规律。代入P得

EyEy0e式中 exd1(1j)xdEy0exdejxd

为衰减因子，当x = d时，|Ey||Ey0|e1

距离导体表面x = d处比导体表面处的场强值减少了e倍。d称为导体的透入深度，即

d2

透入深度表征了电磁场在导体中的衰减率。显然，d愈小，电磁场在导体中衰减得愈快，集肤效应越显著。一般当x=(4～5)d时，场量已近似衰减为零。

2．电磁屏蔽

静电屏蔽、磁屏蔽和电磁屏蔽。

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4．4 涡流及其应用

涡流具有与传导电流相同的热效应和磁效应，在电气设备中，力求减小涡流及其损耗，但同时，涡流也有其广泛的工业应用，如感应加热、无损检测、电冶金等。

1．薄钢片中的涡流

以图示铁心中一薄钢片为例，由于h >> a, l >> a，故薄钢片截面内磁感应强度沿 z 轴方向，且是(x, t)的函数，即B = Bz(x, t)ez。E(x, t)和J(x, t)位于xoy平面上。忽略感应电场沿x方向的分量，则即归结为Ey(x, t)和Jy(x, t)，如图所示。

设磁场随时间作正弦变化，且满足一维扩散方程，即

d2Bzdx2jBzP2Bz(a)(b)(c)

图 薄钢片

通解为

BzcPx1ecPx2e 根据磁场的对称性

Bzaa2Bz2 显然，c1c2C2，采用双曲函数表示 BzCch(Px)B0ch(Px)

式中，B0是x0处的磁感应强度。由BE和JE，有

EyB0Psh(Px)E0sh(Px)

JB0Psh(Px)Jyy0sh(Px)

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Bz和Jy的模值分别为 Bz|B0|12x2x(chcos)2dd12x2x(chcos)2dd图 薄铁片中磁场、电流分布曲线 Jy|Jy0|Bz 和Jy 随x的变化曲线如图所示。可以看出，磁场在x=0平面上有最小值，这表明了涡流的去磁作用，涡流密度Jy分布对y轴呈奇对称，它密集于导体表面，在x = 0处为零。由此可见，电磁场量由表及里逐渐衰减，呈现集肤效应。

薄钢片体积V中的涡流损耗为

P计算得出

P2JyVdV

12a2VBz2av 12式中，Bzav是在薄钢片截面上有效值Bz的平均值，V 是薄钢片的体积。可见，涡流损耗与频率的平方成正比，也和及a2成正比。对于频率给定的情况，为了减小涡流损耗，应力求减小薄钢片厚度和电导率。硅钢片就是在薄钢片中掺杂硅，以达到减小铁心钢片电导率的目的。

值得指出的是，对于低频情况，涡流的去磁效应和集肤效应虽并不明显，但涡流损耗较大；对于高频情况，由于磁导率随频率的增加而减少，因此，Bzav将减小。且因涡流的去磁效应，使中间磁场减弱，涡流分布呈趋于表面的集肤效应，导致涡流所经路径的交流电阻增大(相当于 减小)，因而涡流损耗将比低频时有所减少。

2．涡流的工业应用

感应加热、金属管道无损检测、电度表、电冶金等。

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《电磁场》讲稿（4）

(a)(b)(c)

图4-8 管道无损检测

金属管道裂纹无损检测系统如图4-8(a)所示。在被测管道上绕有N匝线圈，该线圈的输入阻抗由两部分组成，其虚部与线圈电感相关，实部则与管道的涡流损耗有关。当线圈通有交变电流时，管道上将产生环向涡流，如果管道有如图4-8(b)所示的纵向裂纹，那么，流经裂纹的涡流将被隔断，使得被测管道段的涡流损耗减少，而涡流损耗正比于线圈的输入电阻，因此，可以通过检测线圈的输入阻抗的实部来判断裂纹的位置。但是，这种检测线圈不能检测图4-8(c)所示的环向裂纹。也不能检测透入深度小的管道深处的裂纹。3．电度表

漏磁通

Nu

U

铝薄平

板圆盘

电压(主)磁通

u

转轴

永久磁铁

N S u

U I

Ni

i i

负 Z

L

载

I

ZL

(a)(b)

图4-9 电度表基本机构

测量工频电能的电度表通常为感应式测量机构，图4-9给出了单相电度表的基本机构。电度表有两个线圈，分别绕在两个铁心上，一个线圈与负载并联，称为电压线圈，产生的磁通 u正比于电源电压；另一线圈与负载串联，称为电流线圈，产生的磁通 i正比于负载电流。两个铁心之间放置一铝制转盘，另外还有支撑铝盘的转轴、用作制动元件的永久磁铁、积算机构等。

电度表工作时，交变的u和崔

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i穿

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(a)(b)

图4-10 铝盘上的磁通、涡流及其电磁力

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过铝盘，并在铝盘中产生环向涡流。u在铝盘上产生的感应电流iu，如图4-10(a)所示，它与 i 产生电磁力F1；i在铝盘上产生的感应电流ii，如图4-10(b)所示，它与 u产生电磁力F2。F1和F2使铝盘产生转动力矩M，驱使铝盘转动。转动力矩与制动力矩平衡时，铝盘将以稳定的转速旋转，铝盘的转速正比于负载的有功功率。如果电度表设计合理，铝盘旋转的圈数与电能成正比。

崔

“铁匠儿子”的“电磁学”之路 篇6

艰辛的童年

法拉第出生在英国一个贫苦的家庭里，他的父亲是一个铁匠，收入微薄，他们一家经常靠社会救济过日子。

小法拉第聪明好问，对自然科学方面的知识尤其感兴趣，常常提出大人无法解答的问题：“为什么打铁的时候会冒火花？”“为什么要把铁烧一烧才打呢？”

每当这时候，法拉第的父亲就会说：“孩子，好好学习，等你长大了自己去寻找答案吧。”

后来，父亲带着只有5岁的法拉第搬到伦敦。本以为能让法拉第接受到好的教育，但事与愿违，法拉第的父亲病倒了，法拉第只读了两年小学。

父亲去世后，法拉第不得不承担起生活的重担。12岁那年，他找到了一份卖报纸的差事，第二年又来到一个订书匠家當学徒，干着又脏又苦的活儿。但他也借此机会博览群书，汲取了很多自然科学方面的知识。

法拉第深深地爱上了自然科学，经常省下钱去听专家的讲座。法拉第终于在22岁时得到大化学家戴维的赏识，做了戴维的助手，从此走进科学的殿堂。

锲而不舍创立电磁学

1819年，丹麦哥本哈根大学的奥斯特教授发现了一个有趣的现象：当把一根通过电流的铁丝靠近指南针时，指南针的磁针会发生偏转。

“这里面有什么奥妙呢？”年轻的法拉第决定把这种现象搞清楚。

法拉第坚信磁也会产生电，并开始了一个个实验，但都以失败而告终。

光阴似箭，一晃十年过去了，一切都在变，可法拉第对科学的热爱没有变，他一如既往地做着实验，可就是没有突破性的进展。

“为什么不让它们动起来？”终于有一天，法拉第“开窍”了，他设计了一套崭新的实验，他把一个铁环的半边用铜丝绕成线圈，接上电磁针；把铁环的另一半也绕了一组线圈，然后接到电源上。结果发现，在合闸断电的一瞬间，电流表的指针就会摆动。于是，他把一块条形磁铁插进空心线圈，电流表上的指针开始不停地摆动，磁可以产生电啦！

实验的成功让法拉第悟出了磁铁与金属线必须有相对应的运动，磁铁才能产生电，后来他把电磁产生电流的现象命名为“电磁感应”，把产生的电流叫做“感生电流”。

工程电磁学 篇7

在现代高科技条件下的信息化战争中，以摧毁电子、电气设备及指挥通信系统等为目标的核与非核电磁脉冲武器将被大量使用。因此，人防工程只具备防护核武器及常规武器爆炸所产生的冲击能力是远远不够的，如何保证人防工程中的电子、电气设备及其系统能够在高功率的电磁环境中安全运行就显得非常重要。除了需提高电子、电气设备自身的电磁防护性能，还必须解决人防工程整体的电磁脉冲防护能力。电磁脉冲防护目前已成为人防工程建设中不可缺少的一项重要内容。

1 电磁脉冲的产生及其特点

所谓电磁脉冲是一种短暂的瞬变电磁现象，具有陡峭的上升沿或下降沿，持续时间很短且频带较宽，通过合适的方式即可向外辐射电磁脉冲能量。电磁脉冲武器分核与非核电磁脉冲武器，其爆炸均产生场强及能量极大的电磁脉冲，故对暴露在电磁脉冲环境中的电子、电气系统造成干扰甚至损伤。

核武器经特殊设计，使其在爆炸时更多的能量转化为电磁脉冲，则称作为核电磁脉冲武器。这种武器通常采用高空爆炸方式，其作用范围宽且覆盖面广，但不适用于固定目标范围内的使用。非核电磁脉冲武器也会产生与核电磁脉冲武器类似的作战效能，但不是靠爆炸，而是利用磁通压缩、高功率微波辐射等非核手段产生电磁脉冲效应，可以实现定向辐射。电磁脉冲武器能产生幅度高、频谱宽的强电磁波，电磁波的能量作用在目标的金属结构、电线电缆、天线、电子和电气系统的电路和器件上，轻则干扰系统的正常运行，重则造成系统的瘫痪。

2 电磁脉冲能量进入人防工程内部的途径

核电磁脉冲和其他高功率电磁能量可经各种耦合途径进入人防工程内部，使敏感的电子、电气设备及系统受到干扰和损伤。电磁脉冲能量的主要耦合渠道有，对工事自然防护层和钢筋混凝土层的直接穿透、孔口耦合、工事外露天线的接收、电线电缆和金属管道的耦合等。

虽然工事自然防护层和钢筋混凝土层对电磁能量都有一定的衰减作用，但由于电磁脉冲武器所产生的电磁能量非常大，因此透入工程内部的电磁能量仍具有较强的破坏和干扰作用。电磁能量也可通过工事的门、通风井以及多种孔口进入工程内部。而电磁能量更易通过各种天线、电线电缆、金属管道的耦合和传导引入工程内部。在电磁脉冲的作用下，工事的外露天线以及进出工事的电力、通信线路、金属水管、风管等金属材料上会产生很强的感应电压和感应电流，这些管线相当于巨大电磁能量的接收器与收集器，被收集起来的电磁能量沿金属管线传输，最终引入工程内部，并作用在系统的各种电子、电气设备上，轻则产生严重的电磁干扰，严重时将烧毁设备的电子器件。

3 电磁脉冲防护的具体技术措施

屏蔽和接地是电磁脉冲防护的重要手段和措施。以导电率较高的材料作为屏蔽体并做良好的接地，可将电场终止在屏蔽体表面并通过接地泄放屏蔽体表面上的感应电荷，从而阻止静电场的耦合。因此，完整的屏蔽体和良好的接地措施是电磁脉冲防护的两个必备条件。

电磁脉冲防护级别分为三级，根据工程内部设备对电磁脉冲的敏感程度，人防工程一般采用分区、分级的局部防护方案，该方案有利于充分利用各种等级防护设施的不同防护效能，从而大大降低工程的造价，但这需要将敏感度相当的设备、系统做相对的集中以便分区、分级。

3.1 电磁脉冲防护工程整体屏蔽措施

工程总体结构的防护措施为三级防护。对于直接穿透人防工程自然防护层和通过口部进入人防工程内部的电磁脉冲辐射能量，最有效的防护手段就是整体屏蔽。所谓整体屏蔽就是用导电或导磁材料制成能整体包围人防工程的屏蔽体。将电磁能量限制在一定的空间范围内，电磁场的能量从屏蔽体的一侧传到另一侧将受到很大的削弱。

对于掘开式人防工程主要利用其结构层进行防护。工程主体一般为双层钢筋网的混凝土结构，人防防护墙构成了一个较为完整的六面体笼形结构。若对口部、孔洞及引入工程的金属管线作相应的防护处理，围护结构层能够满足电磁脉冲防护三级屏蔽的要求。具体措施为，整个工程的底板、顶板和四周侧墙内外两层的纵横钢筋必须通长焊接，所有钢筋的端部与其搭接的水平或垂直棱筋也必须焊接，以构成一个个扁长的横向和纵向封闭导电环路，即构成一个法拉第笼;整个工程的结构钢筋网应形成一个完整的双层六面体焊接结构，每一条钢筋都形成了封闭的电气环路，钢筋网通过接地引上扁钢与接地加强钢板焊接，起到良好的接地及屏蔽效果;每根柱子的两对角钢筋分别需与外层搭接的钢筋进行焊接;两层钢筋网之间的箍筋与钢筋网之间不要焊接，只能绑扎，以形成两层钢筋屏蔽层，同时应避免与结构钢筋网无电气连接的钢筋、钢管或其他金属导体贯穿结构钢筋网;整个工程的结构钢筋网的纵横钢筋交叉点，内、外侧钢筋网均每隔约1 m焊一个点，各焊点呈梅花状交错布置，形成一个封闭的六面体结构。

坑道式人防工程一般建于山区或丘陵地带，采用暗挖法建造，其周围覆盖一定厚度的自然被覆层，对电磁脉冲有一定的消减作用，但其内部除工程口部外一般为素混凝土结构，若不采用必要的措施，无法满足三级屏蔽防护的要求。对于坑道式人防工程整体做三级屏蔽有一定的困难，因此可以针对设备抗干扰的要求，采用大面积局部防护，其主要是充分发挥工事自然被覆防护层对电磁脉冲的衰减阻止作用，再施以必要的防护措施，也能在不大幅度增加造价的情况下实现三级屏蔽防护。具体防护措施为:1)将口部设置成穿廊式结构，这样对进入口部的电磁脉冲起到衰减作用。实验结果表明，与直通式口部相比，可将电磁脉冲场强衰减5倍左右。一般口部的岩土自然防护层比工程主体的自然防护层要薄一些，口部的钢筋网结构也应像掘开式工程那样进行焊接，可进一步衰减从口部进入的电磁脉冲能量。自然防护层对电磁脉冲的衰减量主要取决于防护层岩土介质的电参数和防护层厚度，因此工程主体尽量选在自然防护层较厚和较潮湿的地方;2)将打毛洞时做的喷锚支护钢筋网和锚杆的钢筋进行焊接，这不仅可以减小接地电阻值，还可以对电磁脉冲起到一定的屏蔽效能。另外，根据工程构造形式的实际，使用若干根通长钢筋或镀锌扁钢把各段的钢筋混凝土结构中的钢筋网连接起来，也能起到对电磁脉冲的衰减作用。

三级防护一般为整体防护或大面积局部防护，需要土建、通风空调、给排水、电气及信息系统等专业配合进行，由现场工程施工人员协调施工，以提高工程的整体防护效果。

3.2 电磁脉冲防护工程局部屏蔽措施

对于人防工程中的重要电子设备与器材需采用局部屏蔽措施。一、二级电磁脉冲防护措施就是采用电磁屏蔽室的局部屏蔽方法，该措施防护区域较小，防护的技术措施复杂，一般由专业单位的技术人员施工，造价也相对较高。

一级屏蔽室，采用制式镀锌钢板焊接，壁和顶采用2 mm厚镀锌钢板、底板为3 mm厚镀锌钢板，地面铺设防静电地板，房门采用屏蔽门。所有进出屏蔽室的强、弱电线路须经限幅及滤波处理，通风窗口则需采用截止波导窗。

二级屏蔽室，采用内贴镀锌钢板铆接，接缝处密焊，壁和顶采用0.75 mm厚镀锌钢板，其余部位与一级屏蔽室相同。

上述屏蔽室的构造可使门洞和窗口处的屏蔽效能与整个屏蔽体一致，从而确保屏蔽室内的设备和器件能安全、可靠的工作。根据设备和器件的重要程度以及对电磁脉冲敏感程度的不同相应选用一级或二级屏蔽室。

3.3 电磁脉冲防护的接地措施

接地是电磁脉冲防护的重要措施，屏蔽需要接地，限幅、滤波需引电流入地更需接地。屏蔽室屏蔽效果如何，一个重要因素就是取决于接地系统。人防工程一般都采用联合接地，而电磁脉冲防护需要尽可能小的冲击接地电阻。因此，人防工程大多采用一个共用的水平放射状人工接地系统，接地体一般埋设在水库基础下、建筑排水沟下、大跨度机房或库房的地坪下等处，接地体采用辐射状水平接地体和垂直接地体综合接地装置，并采取挖换土槽、回填田园土以及灌长效降阻剂等方法降低接地电阻，综合接地电阻值要求不大于1Ω。

4 结语

电磁脉冲防护是人防工程建设和改造的一项重要内容，充分利用工程的自然防护层和被覆层来提高工程的屏蔽效能具有重要的实际意义。人防工程电磁脉冲防护施工时，需要土建结构、通风空调、给排水、电气及信息系统等专业结合进行，这不仅节省造价，而且能满足工程整体的防护效果。要提高工程整体的电磁脉冲防护能力，人防工程的选址也很重要，尽量选在具有一定厚度的防护层和潮湿的岩土介质中。通过工程总体结构的三级防护措施，并加以可靠的接地，从而增强人防工程整体防护能力和综合防护能力。随着电磁脉冲武器在现代高科技信息化条件下战争中的大规模使用，以及高精度电子、电器设备在人防工程中的不断应用，电磁脉冲防护技术将得到越来越广泛的关注。

摘要：根据战时电磁脉冲的特点以及电磁脉冲进入人防工程内部的途径,介绍了人防工程中整体系统及各环节所采取电磁脉冲防护的具体技术措施,以增强人防工程整体防护能力和综合防护能力。

关键词：人防工程,电磁脉冲,防护,屏蔽,接地

参考文献

[1]周璧华.人防工程电磁脉冲防护设计[M].北京:国防工业出版社,2006:59-80.

输变电工程的电磁环境影响分析 篇8

近几年, 随着我国经济和社会的飞速发展, 我国电力工业也得到了快速发展, 输变电工程的规模在不断扩大。我国是人口大国, 城市电力负荷使用过于集中, 因此在城市人口比较密集的地区引入高压难以避免。输变电工程对环境带来的诸多影响已经引起了人们的高度重视, 特别是对电磁环境的影响是否会给人们的日常生活、健康带来影响, 成为人们关注的焦点。在工程设计、施工、运行中经常会遇到附近居民的质疑、阻挠和投诉, 甚至相关政府工作人员也表示疑问, 对此本文试图做一些阐释。

1 预期的诸多环境影响

1.1 噪声

输变电工程的噪声主要来源于施工、运输和电晕放电。在输变电工程施工过程中, 施工噪声与运输噪声难以避免, 尽管这种影响是短暂的, 但却不能忽视。在施工过程中, 施工单位应严格按照环境影响评估报告的要求, 合理安排施工时间, 严格执行GB12523—2011《建筑施工场界环境噪声排放标准》的规定, 在中午和夜间禁止噪声大的施工作业。采取这些措施后施工噪声对周围环境影响变小。另外, 在输电线路表面, 会因周围空气电离的影响而出现电晕的现象, 这对于110 kV及以上的输电线路来说, 由于电压很高, 其导线表面会有“电晕”放电现象, 并伴有“呲呲”的噪声, 特别是在环境过于恶劣的情况下, 噪声会更加明显。尽管这不会对人体健康造成直接影响, 但由于过去认知的局限性, 尤其是一些影视作品中某些夸张的画面, 会导致人们普遍对电存在恐惧心理, 对此, 有必要进行一些科普宣传, 去伪存真, 形成正面的舆论, 减轻人们的心理压力。

1.2 输变电工程的电磁污染及其对环境的影响

1.2.1 输变电工程的电磁污染

对于110 kV及以上的输变电工程来说, 其最主要特点就是电压高而频率低。我国电力系统采用的工作频率为50 Hz。其中, 在电磁频谱中, 50 Hz属于低频, 和电视广播相比, 要小6～10个数量级。从原理上来讲, 工频50 Hz的频率太低, 波长为6 000 km, 如果把电力线路看成一根“发射天线”, 其“发射”能力几乎为0, 实际上形不成向外“辐射”。输电线路电磁场的等效平面波功率密度小于0.000 1 μW/cm2, 比晴朗的夜晚由满月送到地球表面的辐射能量 (0.2 μW/cm2) 还小2 000倍。

对于输电线路和变电站的电磁效应来说, 是通过3种形式发挥作用的, 即电场、磁场和电晕。一方面, 在输电线路正常运行过程中, 输电导线周围会产生电场。尽管交流输电线路所产生的电场是交变电场, 但是由于其频率非常低, 因此可以认为是静电场, 具有静电场所具有的普遍特性, 即导线电压和电场强度成正比。另一方面, 输电线路的磁场强度和电流大小是有关联的, 但是和电压没有任何关系。通常情况下, 50 Hz磁场极易穿透各种物体, 如人与建筑物, 不会因物体的存在而干扰磁场强度。目前, 我国在工频领域 (频率为50～60 Hz) 所执行的电磁环境公众曝露控制国家标准, 见于原国家环保总局发布的环保行业标准《500 kV超高压送变电工程电磁“辐射”环境影响评价技术规范》, 具体限值为:在交流输变电设施周围环境工频电场强度≤4 kV/m;交流输变电设施周围环境工频磁场强度≤100 μT。经过实测, 110 kV架空线路监测断面上工频电场强度水平分量在3.03～7.32 V/m之间, 垂直分量在3.77～14.0 V/m之间, 综合值在4.84～15.8 V/m之间;工频磁感应强度水平分量在0.055～0.248 μT之间, 垂直分量在0.035～0.125 μT之间, 综合值在0.065～0.278 μT之间, 均满足且远低于4 kV/m、0.1 mT的推荐限值要求。

除此之外, 线路电晕放电受线路自身特性的约束, 电压越高, 电晕放电会越明显。电晕放电也会受环境的影响, 周围生态环境污染越厉害, 电晕放电就越明显;空气密度越小, 电晕放电就越弱。由此得出, 在大气质量与气候较恶劣的地区, 其输电线路电晕现象较为明显。这的确是一种高频放电, 但频率也仅在0.15～30 MHz之间, 其唯一效应是会对无线电中波产生干扰, 但其强度却在无线电中波的千万分之一之下。

1.2.2 电磁污染给环境带来的诸多影响

(1) 对通信线路的影响。

受静电耦合作用的影响, 输电线路所产生的电场会在周围通信线路上产生静电感应。如果通信线路和输电线路之间的距离非常近, 当三相导线换位不对称时, 会因静电容量分配不均衡在通信线路上产生感应电压。一旦杂音非常大且超过最大限度时, 就会影响正常通信。大量实践证明, 如果输电线路在50 m范围内, 其受电场的影响会很大, 同时这也是影响正常通信的重要因素之一, 相应的电磁影响会较少, 因此可以直接忽略。距离越远, 受电场的影响就越小。若超出100 m范围, 那么就主要受磁场的影响, 这时可以直接忽略静电场。

(2) 对无线电视的干扰。

输电线路工频交变磁场随距离的变化而变化, 但是该波长要比电视等的波长大很多。交流输电线路的性能非常差, 50 Hz的低频功率都难以发射出去, 而电晕放电产生的无线电杂音的频率却相对较高, 并且能够传播较远的距离。大量数据表明, 输电线路在200 m范围内, 其干扰场强可以直接忽略。无线电杂音强度受气候的影响比较明显, 越恶劣的天气产生的电杂音就会越大。所以, 也只有在天气非常恶劣的情况下, 无线电杂音才会对距离输电线路较近的用户带来一定的影响。笔者对深圳某110 kV架空+电缆混合输电线路进行实测, 架空线路监测断面20 m处

全频监测时, 无线电干扰值在35.2～45.9 dB (μV/m) 之间;架空线监测断面上频率为0.5 MHz时, 无线电干扰值在38.7～40.3 dB (μV/m) 之间;电缆监测断面20 m处全频监测时, 无线电干扰值在30.0～40.2 dB (μV/m) 之间;电缆线监测断面上频率为0.5 MHz时, 无线电干扰值在34.0～35.8 dB (μV/m) 之间, 各监测断面20 m处及监测点位无线电干扰值均低于46 dB (μV/m) 的标准限值。

2 消除不利因素的对策

2.1 项目建设所采用的方法

充分利用本地区的劳动力资源, 减少外来务工人员的进入。特别是在平坦的地面上, 必须先将污水进行沉淀后再向外排放, 沉淀物可以作为其他地方的填充物。

2.2 预防电磁、感应干扰的有效对策

电磁干扰线路走向要进行合理的选择, 应在屏蔽效果良好的地方安装屏蔽设施, 这样可以大大避免电磁干扰的影响, 实现正常通信。

2.3 职业安全和公共卫生

建立专门的安全卫生监督机构, 同时还要进行环境监测与安全检查, 事先和本地区的管理部门进行沟通, 进一步提高生产过程中安全管理的质量。

3 结语

总之, 对输变电工程来说, 在建设时应该充分考虑其对环境所带来的各种影响, 并及时采取有效的解决措施, 严格执行相关的标准、规范, 将影响降到最低。

摘要：分析了输变电工程对环境的诸多影响, 其中重点探讨了电磁环境影响, 并提出了一些有效的解决对策, 为实际工程的施工提供了借鉴。

关键词：输电线路,环境影响,电磁污染

参考文献

[1]杨剑, 朱景林.220kV大跨越输电线路的电磁环境研究[J].电工技术, 2007 (6)

[2]刘东.浅析220kV输电工程之电磁环境影响[J].广东科技, 2008 (4)

[3]朱艳秋, 宋晓东, 赵志勇.220kV高压输电线路工频电磁场影响因素研究[J].电力科技与环保, 2011 (1)

工程电磁学 篇9

1 输电线所产生的电磁影响情况

电力系统在运行过程中, 所产生的电磁影响主要是来源于电压和周围环境之间的作用, 使得输电线路中产生一定的电磁效应, 这就对电力系统安全稳定的运行有着极为严重的影响。目前, 在我国电力行业发展的过程中, 我国输电线路所输送的电流主要是交流电。这就使得导线周围产生交变电场, 它和静电场所产生的电磁效应基本上是一样的, 其频率较低, 容易受到电流的影响, 其场强出现变化。而且对于220kv的输电工程来说, 输电线路在运行的过程中, 就很容易受到场强的影响, 其实输电线路受到电磁污染, 从而使其出现电晕放电的现象, 这样不仅对电力资源的质量有着极大的影响, 还给人们带来了巨大的经济损失。因此, 我们就要采用相关的分析方法, 来对电磁影响情况进行详细的了解。

根据相关研究分析, 我们发现输电线路出现电晕, 主要是由导线表面和部分构件引起的, 其电晕放电量的大小和输电线路电压的大小有着密切的关系。不过, 由于其放电大小和导线直径面积成反比例关系, 因此我们在输电线路在应用的过程中就要对其表面的直径面积进行严格的要求。此外, 外界环境的因素也是电子环境影响产生的主要因素之一, 尤其在天气条件比较恶劣的情况下, 电磁效应就会更加的明显。可见我们在对输电线路电磁环境影响情况进行分析了解的时候, 不仅要对电力输电系统的内部情况进行分析, 还要考虑到外界环境的影响, 进而采用相应的措施来减少电磁效益对电力系统的影响。

2 电场强度值的计算

2.1 计算单位长度导线上等效电荷

目前, 我们在对导线的上等效电荷进行计算分析的过程中, 主要是利用镜像计算方法在对其进行处理, 再利用矩阵方程来对电力系统中多导线线路来对其进行处理。因此在计算单位长度导线上等效电荷的时候, 我们就要对各导线对地电压的单列矩阵、上等效电荷的单列矩阵以及单位系数所组成的方阵等参数进行确定。而且在对220kv输电系统的电磁强度值进行研究计算分析的时候, 还要对环境保护的相关问题进行考虑, 从而根据相关的计算公式和计算结构, 来对计算单位长度导线的上等电荷进行确定, 为人们提供有用的计算信息。

2.2 计算由等效电荷产生的电场

空间任意一点的电场强度可根据叠加原理计算得出, 而且对于三相交流线路, 可根据求得的电荷计算空间任一点电场强度的水平和垂直分量。其中相关的数据参数主要有, 各导线的实部电荷在该点产生场强的水平分量、各导线的虚部电荷在该点产生场强的水平分量、各导线的实部电荷在该点产生场强的垂直分量、各导线的虚部电荷在该点产生场强的垂直分量等。此外, 地面处 (y=0) 电场强度的水平分量。离地面1~3m范围内场强的垂直分量和最大场强较接近, 可以用场强的垂直分量表征其电场强度合成量, 因此只需要计算电场的垂直分量。

本工程输电线路大部分架设在农田中, 在经过居民区时均适当抬高了架设高度, 均满足设计规范要求 (220k V不低于7.5m) 。在本次评价工频电场强度计算中, 针对不同的方案分别选择不同的具有代表性的集中高度以及对应的临界高度进行计算, 磁感应强度和无线电干扰强度计算选择6m。

3 磁感应强度的计算

所谓的磁感应强度是指描述磁场强弱和方向的基本物理量。是矢量, 常用符号B表示。磁感应强度也被称为磁通量密度或磁通密度。在物理学中磁场的强弱使用磁感强度 (也叫磁感应强度) 来表示, 磁感强度大表示磁感强;磁感强度小, 表示磁感弱。

由于工频情况下电磁场具有准静态性, 线路的磁场仅由电流产生, 输电线路在空间任一点产生的工频磁场可根据安培定律, 按照矢量叠加原理计算得出。

其中, 需要的系数主要有着磁感应强度、磁场强度 (A/m) 、为真空中的磁导率、导线中的电流值 (A) 等。而且在对于三相线路, 由于相位不同形成的磁感应强度水平和垂直分量均必须分别考虑电流间的相角, 按相位矢量合成。影响范围内工频磁场计算结果。

4 电磁环境影响评价

(1) 评价的标准、范围。公众总受照射剂量 (包括已有电磁辐射背景影响和拟建项目设施可能或已经造成影响之和) 不应大于规定值, 即以4kv/m作为居民区工频电场强度评价标准, 以0.1m T作为居民区磁感应强度评价标准。以送电线路走廊两侧30m带状区域为工频电场、磁场的评价范围。

(2) 环境影响分析。根据相关的数据信息, 对于220k V同塔双回路单分裂输电线路, 当下线导线高度低于65m时, 距中相线投影点区域即边相导线地面投影点附近.地面1.5m高度处的未畸变工频电场强度超过4k V, m:当下线导线高度大于6.5m时, 线路下方地面1r5m高度处的未畸变工频电场强度小于4kv/m。对于220k V单回路单分裂输电线路, 当下线导线高度低于6.8m时, 距中相线投影点4~6m区域即边相导线地面投影点附近。地面1.5m高度处的未畸变工频电场强度超过4k V/m。

当下线导线高度大于6.8m时, 线路下方地面1r5m高度处的未畸变工频电场强度小于4kv/m。地面电场强度随着离开线路距离增加迅速降低, 当离开线路约20m, 地面1.5m高度处的电场强度基本小于0.3kv/m, 不足评价标准的7.5%。

通过相应的计算值我们可以了解到, 当线高6m时, 220k V输电线路产生的磁场强度最大值为10.83A/m (相当于0.0136m T) 。线高8m时, 220k V输电线路产生的磁场强度最大值为9~m, 占评价标准的10%左右。该最大值一般出现在边导线内侧下方, 然后再随着离开边导线距离的增加逐渐减小。相对于0.1m T的评价标准而言, 220k V输电线路产生的磁场强度远小于评价标准, 对周围环境影响较小。

总之, 只有在距中相线投影点4—6m区域内, 地面附近电场强度接近或超过国家标准限值 (4k V/m) , 为环境污染超标区, 长期在这地带附近活动的人群应注意采取辐射防护措施。沿线其余区域的电场强度均小于国家标准。沿线评价区域的磁场强度远小于国家标准限值 (0.1mn, 最大值约为国家标准限值的10%。

5 结束语

总而言之, 在我国电力行业发展的过程中, 电磁环境的产生不仅对电力资源的质量有着极为严重的影响, 还给周围居民的日常生活带来困扰, 因此我们就要采用相关的技术手段和计算方法来对电力系统中输电设备的电磁强度和磁感应强度的相关数值进行分析, 进而对电磁环境的影响进行综合性的评价, 以确保我国电力行业的可持续发展。

参考文献

[1]曹建军.输变电工程的电磁环境影响分析[J].机电信息.2013 (09) .

[2]李燕平, 张磊.输电线路的电磁影响[J].黑龙江科技信息.2009 (35) .

输变电工程对电磁环境的影响分析 篇10

关键词：输变电工程,电磁环境,影响,分析

众所周知, 输变电工程在社会经济发展与进步的过程中发挥着不可或缺的作用, 是公共基础设施。然而, 在供电系统不断成熟与完善的同时, 也同样给人们带来了极大的恐惧, 而主要的表现就是输变电设备对于周围环境的影响, 特别是对人们身体健康的影响。因此, 电磁环境问题逐渐被人们关注与重视。在现代城市当中, 使用的电负荷十分巨大, 而且高压输电线与变电站通常分布在人口比较稠密的区域, 而这些设备的电压相对较高, 电流也比较大, 对环境和人体有一定的影响, 所以, 已经引起了人们的广泛关注。

1 输变电工程对电磁环境的影响分析

在日常的输变电工程当中, 交流输变电设备所传输的交流电会在其四周产生交替变化的电磁场, 但是, 如果处于正常状态, 那么这种情况就属于极低频率变化的一种电磁场。而电磁场对于生物系统的影响, 则与其具体的变化频率与能量具有直接关系, 如果频率不断增加, 能量就会越大, 而对人体的影响也就会更大[1]。

其中, 离子辐射属于极高频的电磁波, 它的光子能量十分充足, 以至于能够切断细胞遗传物质分子当中包含的DNA化学键, 也就是常说的电离化。而非离子辐射在电磁频谱当中, 常应用在频率与能量相对不高的频段部分, 主要指的就是在特定频率段当中的光子能量比较微弱, 无法将细胞分子中的化学键切断。非离子辐射主要有紫外线辐射、射频、可见光波、微波、静止电场与磁场等等。然而, 不管非离子辐射强度是多少, 都不会在生物体中产生电离化现象。

在实际的试验过程当中发现, 如果电磁场频率处于100-300MHz范围内, 向外部辐射电磁波会严重损害人体, 而且程度十分严重。如果频率不超过100MHz, 而且逐渐变小, 那么伤害也会随之变小。如果超过300MHz的时候, 频率越大, 其伤害程度就会越小[2]。

如果电磁场的频率已经超出了1.4MHz, 并且电场的强度超出了1m V/m的情况下, 那么电磁场所产生的电磁波就会对人体造成一定的伤害。而如果其频率在1.4MHz以下, 电磁波沿着导体进行传播, 所以, 很少会向外部的环境辐射, 简单说, 就是在1.4MHz频率以下, 电磁辐射的效应不高, 所以, 离子辐射对于人体健康的影响也并不大。通常情况下, 输电线路与电力设备运行的频率就是50Hz, 也就是常说的工业频率, 是极低频的电磁场, 它的电流只能沿着输电导体来传播, 并不会向外部的空间环境辐射, 而且, 四周电场和磁场是两个相互独立的个体存在, 有别于高频电磁场。由此可见, 所谓的输电线路或者是电力设备电磁辐射的问题是不存在的。与此同时, 国际方面权威的组织在对极低频环境的健康影响方面研究, 也仅仅只能涉及到电场和磁场的研究探讨, 也不会使用“电磁辐射”这种概念, 更不会在领域当中错误地运用这种术语。

所以, 在对输变电工程对电磁环境影响进行全面深入研究的时候一定要对其产生电场与磁场的影响进行重点分析。世界卫生组织所推荐的权威组织认为, 能够对公众健康进行有效保护的工频电场强度暴露限值应该是5k V/m, 并且工频的磁场强度暴露限值在0.1m T[3]。

因为不同国家在此方面的标准存在一定的差异, 所以, 以下是我国与其他国家和部分国家组织对于工频电场和工频磁场的公众标准限值:

2 结束语

综上所述, 其实在日常生活当中, 主要电磁辐射和电磁污染并不是来源于输变电的设备, 因为, 输变电设备所产生的工频电磁场是极低频的电磁场, 并不会对周围地区产生有效的电磁辐射与不利影响。从本质上来讲, 地球本身就是地磁场, 所以, 人们始终都生活在几十微特斯拉电磁场当中, 并且没有任何察觉。由此可以得出结论, 即便是全天工作在变电站中的工作人员也不会受到设备设施的电磁辐射影响, 也不会对其身体健康产生危害。

参考文献

[1]赵秉华, 危明飞, 廖诚等.常见输变电工程电磁环境影响分析[J].能源研究与管理, 2014 (04) :40-42.

[2]张友泉, 王飞, 王绍灿等.输变电工程电磁环境影响因素分析与对策[J].山东电力技术, 2013 (06) :28-31.

浅谈高三电磁学复习教学创新模式 篇11

关键词：物理；电磁学；高三；复习

电磁学是高中物理极为重要的一部分，主要包括电场、磁场、电磁感应、恒定电流、交变电流、电磁波等等，内容庞杂，很多概念非常抽象，对学生的抽象思维能力要求较高，学生普遍反映难度很大。随着新课程改革全面推开，各种见仁见智的新理念、新模式纷沓而至，不断渗透到基础教育中来，给基础教育和学科教学的改革带来了新的契机，我们广大物理教师也很想抓住这个机遇，对传统的物理教学模式和学生的学习方式进行改革创新，但在具体的教学实施过程中，必然会碰到这样或那样的问题，合理地提出问 题并深入思考，无疑对新模式的教学能起到很好的帮助。下面是本人在新模式复习教学中碰到的一些问题，和大家共同探讨。

一、高三物理电磁学教学中存在的问题

1.教学模式单一。利用传统教学方法进行电磁学部分的教学，整堂课都呈现出一种“教师讲，学生听”的局面，教师为了能够顺利将自己的教学目标完成，只是将书本上的知识内容原原本本教授给学生，并没有针对电磁学部分内容展开深入讲解，同时也很少会引导学生参与实验活动，或者利用其他教学模式展开教学，因此，在这种教学方法之下大大降低了学生对电磁学的理解，学习效率没有得到提升，大部分学生对电磁学内容的理解不够深入，甚至部分学生产生了“怕学”的心理。

2.教师过于重视教学结果。基于当前应试教育的大背景，高三复习教学的目标在于提升学生的解题能力，教学过程以提升学生考试成绩为根本出发点，严重忽视了对学生独立思考能力及动手能力的培养，同时也忽视了对学生团队合作意识的培养。从高中物理教学电磁学这部分教学内容来看，大部分教师只会以书本内容为参照，将教材中的公式、定理及结论教授给学生，对如何得到结论的过程很少会提及，学生大部分精力和时间都会花在做题上，这严重影响了学生对电磁学这部分内容的理解，大部分学生都是知其然而不知其所以然，虽然中教学模式下教出的学生大多数成绩比较好，但是并不代表学生真的将这部分内容学好了，从长远角度来看对物理学的进步及发展造成了严重的不利影响。

二、高三物理电磁学复习教学方法的创新路径

1.深度挖掘电磁学基本知识点。很多重要的基本知识点，只有深度挖掘，做到深入透彻的理解，而非一知半解，才能避免在遇到实际问题时盲目地套用公式，出现错误。

比如在电磁感应部分最重要的知识点就是楞次定律，书本中是这样描述楞次定律的：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。我们不妨把引起感应电流的磁通量称为原磁通量，那么我们就可以把楞次定律简单地表述为：感应电流总是阻碍原磁通量的变化。可见楞次定律中最为关键的字眼就是“阻碍”，但是很多学生往往搞不清楚阻碍的是什么？怎么阻碍？阻碍的不是原磁通量，而是原磁通量的变化。所以我们首先要分析清楚原磁通量的方向及变化情况，然后根据阻碍关系就能分析出感应电流的磁场的方向，最后根据右手螺旋定则得出感应电流的方向。

2.注重知识点之间的联系与区别。虽然电磁学部分知识点很多，给人的感觉会很乱，但是我们仔细分析就会发现很多知识点之间还是有着一定联系的，把相关的类似的知识点放在一起分析比较，学生对知识点的印象就会更深刻，有利于学生更好地理解。

比如重力加速度g、电场强度E和磁感应强度B也有着很多相似之处。物体在重力场中会受到重力G=mg，在电场中会受到电场力F=Eq，在磁场中会受到磁场力（包括安培力F=BIL和洛伦兹力f=Bqv）。重力加速度g决定于物体所处的重力场、电场强度E决定于电荷所处的电场、磁感应强度B决定于电流或者电荷所处的磁场，所以我们就可以说g、E和B这三个量均只决定于场，与其他因素无关，所以我们分别用这三个量描述三种场的强弱和方向。通过分析各个知识点之间的联系与区别，可以使学生对以往所学知识点得到升华理解。

3.创新教学模式发展学生学习情感。新课程突出教学中的学生主体地位，让学生掌握与新课程理念相适应的以自主、合作、探究学习为标志的新型复习学习方式，是营造学生积极态度、畅快心情、活跃思维和促进学生复习情感发展的行为诠释。高三物理教师要明确自己在复习教学中的角色定位，弘扬“以学生为中心”的教育主体观，把“改变学习方式，提升学习水平”作为调控学生学习情感的切入点，潜心引导学生就物理复习教学中的问题展开小组合作、交流、探究活动，把学习主动权交给学生。用探究打破学生内心的“平静”，激起学生思维活动的“波澜”， 推动由“带着知识走进学生”向“带着学生走进知识”的教学模式转化。力争使学生在自主合作探究中形成快乐的学习心态，在能动的探索中发现物理基本规律、把握各种影响因素的联系。从而丰富学生认知体验，培养学生积极探究的情感素质。

例如在学习了“复合场”知识后，我们出示习题：匀强电场E的方向竖直向下，匀强磁场B的方向垂直纸面向里，让三个带有等量同种电荷的油滴M、N、P进入该区域中，M进入后能向左做匀速运动，N进入后能在竖直平面内做匀速圆周运动，P进入后能向右做匀速运动，不计空气阻力，分析三个油滴的质量关系。

针对这一复习题目，我们应引导学生自主探究其中蕴藏的各种物理量间的平衡关系，分析总结处理相关问题的思路和方法。明确的问题让学生学有目标，议有方向。通过激烈的讨论和彼此的交流，学生逐步发现了下面的等式关系：因为N能够在竖直平面内做匀速圆周运动，必有Eq=mg，可知三个油滴均带负电；由此推出对于M，有Eq+qBv=mg，对于P，有Eq-qBv=mg。从而得出mM>mN>mP的结论。这样的自主合作探究，不仅抽象概括出物理规律特点和性质，使“复合场”中等量关系的分析过程铭记于学生的脑海中，而且让学生在充分的讨论和争辩中不知不觉地学会了思考合理性，锻炼了学生思维的逻辑性与敏捷性，提高了学生学习物理的情感认同。

三、结语

近几年的高考在考试内容上，与高中新课程内容相衔接，并进一步贴近时代、贴近社会、贴近考生实际，更加注重对考生运用所学知识发现问题、分析问题、解决问题能力的考查，这正是创新教学不断深化的体现。

参考文献：

[1]刘晓旭， 曹林， 杜泉. 电磁学教学中学生创新能力的培养研究[J]. 当代教育理论与实践， 2011，（02） .

[2]柯珊，马云鹏.基于学科核心内容的教学探索――以高中物理电磁学为例[J].教育科学研究，2016，05：47-52.

[3]赵云龙.跨越初高中物理台阶：新高考下的高中物理教与学[J].高考研究，2012（5）.

工程电磁学 篇12

大西沟水库是新疆乌鲁木齐河上的龙头水库, 水库距乌鲁木齐市68km, 是一项以防洪为主的水利枢纽工程。枢纽主要由粘土心墙坝、溢洪道、泄洪兼导流洞和放水灌溉洞等建筑物组成。工程等别为Ⅰ等, 工程规模为大 (1) 型, 泄洪兼导流洞为1级建筑物, 布置在右岸岩体内, 该洞承担施工期导流、正常运用期泄洪、冲砂、放空的任务。泄洪兼导流洞包括103.305m长圆形有压洞段和316.695m长无压洞段, 有压隧洞直径D=4.6m, 无压隧洞为城门洞型, 断面尺寸5.0m×6.0m, 隧洞采用钢筋混凝土衬砌, 衬厚0.5m。

洞身段围岩为凝灰岩, 巨厚层状、岩体呈镶嵌碎裂结构, 综合评定以Ⅲ类为主。隧洞围岩先进行回填灌浆再进行固结灌浆, 固结灌浆孔梅花形布置, 间距3.0m×3.0m深入基岩3.5m。

2 电磁流量计的工作原理

灌浆施工工艺中的浆液和水的流量测量非常重要, 特别是所使用的液体流量检测仪表, 有其特殊要求, 例如要便于频繁清洗和承受高速浆液中颗粒的摩擦和恶劣环境等, 在众多液体流量仪器产品中, 电磁流量计具有测量不受流体温度、压力、密度、黏度的影响、内部直通光滑、直接进行电测量、计量精度高、响应速度快等优点;且其检测部无运动部件、不会发生滴漏现象, 内衬可采用聚四氟乙烯塑料和氧化铝陶瓷, 具有很强的抗腐蚀性, 近年来已成为灌浆工程流量测量的首选仪器。

电磁流量计 (以下简称EMF) 的工作原理是基于法拉第电磁感应定律, 当被测介质垂直于磁力线方向流动, 因而与介质流动和磁力线都垂直的方向上产生感应电动势E, 感应电动势E与被测介质流量Q成正比, 与磁感应强度B和测量内径D有关, 而与其他物理参数的变化无关。测量系统的变送器输出E是一个微弱的交变信号, 其中包含各种干扰成分, 且信号内阻变化高达几万Ω, 因此要求转换器是一个高输入阻抗, 且能抑制各种干扰成分的交流m V转换器, 将感应电动势转换成4~20m A的统一信号, 转换器有高输入阻抗差动放大器、主放大器、正交干扰抑制器、相敏检波器、直流放大器、霍尔乘法器等组成, 最后输出信号电流为Io=K·Q, 式中Io为输出信号电流, K为仪表常数。

3 在灌浆工程中的使用

3.1 隧洞固结灌浆施工工艺

钻孔、洗孔→压水试验→制浆→灌浆→封孔

3.2 施工方法

3.2.1 钻孔、洗孔

采用手风钻钻孔, 单孔钻孔结束后采用导管通入大流量水流, 从孔底向孔外冲洗的方法进行冲洗, 至回水变清。

3.2.2 压水试验

简易压水试验是以设计要求的压力向孔内送水, 测定其相应的流量值, 并据此计算岩体的透水率, 计算结果关系到岩体渗透特性的评价以及灌浆成果资料整理。这一测量点是十分重要和敏感的, 准确是首要指标, 水有一定的电导率, 满足EMF的测量要求, 需要重点考虑的是EMF的口径, 因为压水试验和灌浆用的是相同的EMF。

3.2.3 制浆

制浆材料采用磅秤称量, ZJ-800型高速搅拌机拌制水泥浆液, 浆液在使用前应过筛, 从开始制备至用完的时间宜小于4h。

3.2.4 灌浆

固结灌浆采用孔口封闭循环灌浆法, 用BW-250型灌浆机全孔一次灌浆, 灌浆压力0.3~0.5MPa, 灌浆过程中派专人查看压力表, 压力值宜读取压力表指针摆动的中值。

灌浆浆液应由稀至浓级逐级变换, 固结灌浆水灰比采用2:1、1:1、0.8:1、0.6:1四个比级。

灌浆泵将一定水灰比的水泥浆液压送到孔中, 一部分进入裂隙而扩散, 余下的浆液经回浆管返出孔外, 流回到浆液搅拌机中;固结灌浆孔在规定压力下, 当注入率不大于0.4L/min, 继续灌注30min, 灌浆即可结束。

每台钻孔设备都需要两台EMF分别记录进、返浆流量, 灌浆量就等于进浆量减去返浆量, 现场管线与EMF安装布置见下图:

由于现场灌浆泵泵量为100L/min, 故EMF的量程选为100L/min, 由于水泥浆液中带有水泥固体颗粒, 考虑到对EMF衬里和电极的磨损, 选用流速≤5m/s, 另一方面水泥浆液又具有易粘附、沉淀、结垢的特性, 故EMF测量管内的流速应不低于0.15m/s, 以起到对电极和内衬的自清扫作用, 为了保证仪表的检测精度, 使用流速控制在0.15~5m/s之间。

灌浆施工时吸浆量大小一般在0~100L/min, 进、返浆上EMF相应的流量范围为30~100L/min, EMF口径选择DN25比较合适, 同时EMF的时间常数也应该设置小一些, 一般在1~3s, 以提高测量的灵敏度。

在灌浆过程中使用灌浆自动记录仪完成数据采集与处理, 在屏幕上显示流量、水灰比及注入水泥总量, 按设定时间间隔定时打印出时间、流量和水灰比, 当灌浆结束时, 自动计算并打印注入水泥总量、浆液总量和单耗水泥量。

3.2.5 灌浆孔封孔

全孔灌浆完毕后, 先采用导管注浆法将孔内余浆置换成水灰比为0.5的浓浆, 而后将灌浆塞塞在孔口, 继续使用这种浆液进行纯压式灌浆封孔, 封孔灌浆的压力一般不宜小于1MPa。

4 应用注意事项

4.1 测量管道内附浆量的影响与处理

每次灌浆结束后, 要及时清除EMF测量管内的残余浆液, 否则水泥浆液易在测量管道内产生不同程度的胶结, 甚至堵塞EMF测量管和相接的灌浆管道, EMF测量管内的附着层会引起附加相对误差, 附着水泥层电导率极低, 附着物有一定厚度越大, 误差越大。

4.2 介质中气泡的影响与处理

因工艺或介质本身的原因, 所测液体常含一些气泡, 气泡经过电极表面存在一个摩擦过程, 产生尖峰脉冲干扰电势, 其值远大于正常的流量信号, 通常电磁流量转换器无法有效地处理如此的干扰, 导致测量值不稳定, 因此EMF的安装位置要考虑防止气泡的产生, 一般要安装在泵的排出端, 最好垂直安装, 浆液自下而上流动, 水平安装时要使电极轴线平行于地平线, 不要垂直于地平线, 因为处于底部的电极易被沉积物覆盖, 顶部电极易被液体中偶存气泡擦过遮住电极表面。

4.3 恶劣施工现场环境的影响与处理

灌浆施工现场的环境大部分时间比较恶劣, 例如高温、潮湿、高灰尘等, 时间长了冷凝水和灰尘容易积聚在EMF的接线盒中, 或透过密封不良的结合面渗入EMF壳体中, 将导致EMF转换器输入回路阻抗下降, 衰减欲输往放大器的流量信号;或者是破坏励磁回路和信号回路的绝缘, 造成EMF的严重故障。为了避免此类故障的发生, 可在接线盒中灌注绝缘材料, 在维修和调试EMF的时候一定要避免进水, 保持接线盒内的干燥与干净, 使用中一定要避免浸泡在水或浆液中。

采用EMF比用直尺测量浆液体积的精确度大大提高, 避免了许多人为因素, 对保证资料的真实性和确保工程质量起到了很大作用。但是EMF在使用前应进行检验校核, 以保证达到要求的精确度。

目前我国处于一个工程建设的新高潮, 水泥灌浆量非常大, 动态精确的计量水泥灌浆量至关重要, 电磁EMF以其独特的优点成为灌浆工程流量测量的首选仪器, 可广泛推广使用。

摘要：在灌浆施工中, 动态精确的计量水泥灌浆量至关重要, 电磁流量计以其独特的优点在隧洞固结灌浆施工中大大提高了浆液体积的测量精确度, 对保证资料的真实性和确保工程质量起到了很大作用。