展示相对性原理和电磁场相对性的一个佳例

以条形磁铁与导体圆环相对运动为例,依据导体圆环产生感应电流这一事实,首先讨论了条形磁铁参考系和导体圆环参考系下电场和磁场的不同.并在条形磁铁参考系下,从产生动生电动势的物理本质洛伦兹力出发,导出了法拉第电磁感应定律.然后,在导体圆环参考系下,由相对性原理直接给出了感生电场性质的数学表述,并深入讨论了电场和磁场的联系.最后,给出了爱因斯坦和费曼对该问题的不同思考并进行了简单分析.     

兰州重离子加速器冷却储存环kicker磁铁设计

 介绍了兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）CSRm引出kicker磁铁的物理设计、参数计算以及结构设计和加工。为了减小电感，使上升时间达到要求，CSRm引出kicker磁铁采用分布式的传输线方案，同时将无感电容与磁铁并联以满足匹配的问题。磁铁用单匝线圈和铁氧体铁芯来降低电感、减少涡流损耗，并采取两台电源成对供电、导体一端共地的结构形式消除杂散电感和轴向场，这种方式不但消除了过桥的不利影响，而且可通过调节导体间距离方便的调节磁场均匀区宽度和磁铁电感。完成设计后磁铁电感小于1 μH，在140 mm范围内磁场均匀度好于±0. 5%，最高磁场达到0.038 T，最大峰值激磁电流约为2.5 kA。     

电磁现象中的功能关系

1　电磁现象中都有功能关系电流周围的磁场所具有的能量是怎样转换来的 ?在金属导体两端加上电压 ,导体中就有电场 .自由电子在电场力的作用下 ,定向移动而形成电流 ,同时在它的周围激发磁场 .所以电流周围磁场的能量是通过电场力对定向移动的电荷做功转换来的 .当闭合回路中的     

超导薄膜磁-热不稳定与强非线性电磁本构的关联性

常规导体的电磁本构关系一般满足线性欧姆定律,然而超导体的电磁本构关系呈现很强的非线性特征,所以与常规导体相比,超导有截然不同的电磁特性.本文基于超导材料E-J幂次律本构关系,采用快速傅里叶变换方法 (FFT),定量研究了不同环境温度、磁场加载速率以及临界电流密度条件下的超导薄膜磁-热不稳定性与非线性本构的关联性,揭示了强非线性电磁本构是导致超导薄膜磁-热不稳定性(呈现树状、指状磁通崩塌形貌)的重要因素,同时阐明了常规导体观测不到类似的磁-热不稳定现象的原因.另外发现由于超导薄膜抗磁性的增强导致超导薄膜边界磁场迅速增大,较大的磁压极易诱发磁通崩塌,所以超导薄膜内磁通崩塌阈值随幂指数的增加而降低.最后给出了n₀-j_c0和■平面内不同非线性程度下超导薄膜内磁热不稳定状态的分界线.     

与磁铁运动有关的电磁感应现象

磁铁相对于线圈运动,在线圈中产生感生电流是电磁感应的基本实验之一(图一),也是法拉弟电磁感应定律的实验基础,有关书籍对此实验都有介绍,但在解释实验现象时,不能简单地把图一等效地看作磁铁静止,线图运动,把磁场和电场作为不变量来处理,得出线圈中的感生电流来源于洛仑兹力(磁力).因为电磁现象不服从伽利略的相对性原理,即使在磁铁低速(υ　c)运动时,也不能使用林利略变换,因为这里涉及磁场和电场在不同参考系中的变换,本文对此作较深刻的分析,以期对这类感应现象有进一步的认识和理解. 由于电磁感应只服从爱因斯坦的相对性原理,因此正确…     

从简单模型入手探究陀螺仪在磁场中的减速问题

2019年中国大学生物理学术竞赛中,非铁磁性导体材料制的陀螺仪在磁场中减速问题的研究没有限定任何具体参数,不易根据麦克斯韦方程得到全面统一的答案.本文从无限长导体圆柱模型入手,通过合理的近似,推导得到了陀螺仪转轴与磁场方向垂直和平行两种条件下,电磁阻力矩与磁感应强度、角速度、电导率等参数依赖关系的表达式,进而给出了磁场方向相对陀螺仪转轴任意取向时陀螺仪减速阻尼系数满足的一般关系,并通过量纲分析验证了公式的合理性.实验部分设计引入直流电动机提供驱动转矩,分析测量数据可以证明,基于基本模型得到的电磁阻力矩公式可以较为准确的描述实际的陀螺仪减速过程.     

CFETR TF高场导体的横向几何特征分析

聚变堆用超导磁体性能衰退与超导丝断裂有关,其宏观表现为股线发生横向位移。对一种高性能CICC导体进行极限电磁性能测试,观测到导体性能发生显著衰退。通过FiJi软件对不同磁场下导体进行横向几何特征分析。结果表明,随磁场增加,洛伦兹力使得股线从低压区向高压区迁移,局部空隙率发生变化,并且整体股线向洛伦兹力方向迁移。     

中国散裂中子源磁铁系统和样机研制

中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source, CSNS)快循环同步加速器(Rapid Cycling Synchrotron, RCS)磁铁由24块二极磁铁、48块四极磁铁、16块六极磁铁和若干斜四极磁铁以及校正磁铁组成, 其中二极磁铁和四极磁铁是带直流偏置的25Hz正弦交流励磁, 铁芯和线圈导体将产生不可忽视的涡流效应. 为了积累批量生产磁铁的制造经验, 探索磁铁后期处理和磁场测量方法, 已完成了中空水冷铝绞线试样线圈的研制, 启动了二极磁铁和四极磁铁样机的研制. 本文将对相关进展进行介绍.     

金属封装内冷型高温复合超导体电磁特性的有限元分析

基于工程化高温超导带材的内冷型复合超导体电磁特性受磁场各向异性影响较大,采用有限元方法分析了内冷型复合超导体的电磁特性。利用COMSOL Multiphysics建立了基于商品化高温超导带材的金属封装内冷型高温复合导体的有限元计算模型,并对其进行电磁仿真分析,得到了内冷型复合超导体的磁场分布,应用高温超导材料在磁场下的Jc-B曲线关系,获得内冷型复合导体在77K液氮温区下临界电流受磁场影响的变化规律。采用电场强度与电流密度进行面积分的方法,计算得到了不同频率、不同通流下内冷型复合导体的交流损耗情况,计算表明,相同频率下交流损耗随激励电流的增大而增大,相同激励电流条件下交流损耗与通流频率成正比关系。     

中国散裂中子源磁铁系统和样机研制

中国散裂中子源(china spallation Neutron source,CSNS)快循环同步加速器(Rapid cyclingSync,arotron,RCS)磁铁由24块二极磁铁、48块四极磁铁、16块六极磁铁和若干斜四极磁铁以及校正磁铁组成,其中二极磁铁和四极磁铁是带直流偏置的25Hz正弦交流励磁,铁芯和线圈导体将产生不可忽视的涡流效应.为了积累批量生产磁铁的制造经验,探索磁铁后期处理和磁场测量方法,已完成了中空水冷铝绞线试样线圈的研制,启动了二极磁铁和四极磁铁样机的研制.本文将对相关进展进行介绍.     

涡电流的演示

若一块永久磁铁在一根铝管或铜管内运动，则铝管或铜管中会因感生电动势而出现涡旋形的电流，这种因电磁感应产生于导体内的涡旋形电流称涡电流.由楞次定律和安培力公式分析安培力的方向，可见这个力总是阻碍磁铁的运动，这种现象称为涡电流的电磁阻尼作用.涡电流的电磁阻尼演示将两根长度相同的紫铜管用支架固定，相距约30cm，固定铜管的夹子应采用铝材料.一圆柱形磁铁棒，从紫铜管上端自由下落，同时与其比较的是一无磁性的铁棒，它的几何尺寸与磁铁棒相同，将它从另一完全相同紫铜管上端自由下落，可以观察到，磁铁棒下落所需的时间明显…     

磁铁在无限大薄导体板上方低速运动的磁阻尼探究

本文基于麦克斯韦涡流镜像理论,定量计算了在无限大薄导体板上方低速运动的磁铁所受阻力的表达式,其正比于运动速度、磁矩的平方和导体板厚度,并以磁铁离导体板距离的4次方关系减小.用改进单摆法构建了磁单摆-铝箔系统进行实验,控制其他变量不变,改变磁铁离铝箔的最小距离并进行多次实验,发现理论与实验符合较好.     

楞次定律综合显示器

用电子技术所作的楞次定律综合显示器主要特征是用条形磁铁与两个感应线圈发生相对运动,先后产生两信脉冲,经原磁场磁通量增减和方向判断电路,可产生原磁能量增减、原磁场方向和感生电流方向的信号,去控制由循环脉冲电流驱动的显示电路。由发光二极管显示的动态模拟图形,形象、生动地模拟显示原磁通量增减、原磁场方向、感生电流的磁场方向和感生电流的流动。它可广泛用于中学和中专物理教学。以加深学生对电磁感应现象的掌握与理解。     

对"均匀磁场中转动的导体上电荷的分布"一文的商榷

<大学物理>1999年第1期中的一篇文章"均匀磁场中转动的导体上电荷的分布"给出了在均匀磁场中转动的轴对称导体产生的磁场的精确解和略去附加磁场后导体球上的电荷分布. 求解电荷分布的方法是巧妙的,在求解磁场分布之前曾用反证法证明了导体内电场的等势面是与导体共轴的柱面这样一个命题,并依此命题为基础求出了导体内磁场的精确解,因此该命题是否成立关系到所求的磁场精确解是否正确的问题.证明时原文使用了"设为a (见图1),则在x轴的球内一段上会有一些点的电势相等"这样一个关键判断,本文认为此判断令读者费解.     

水的抗磁性演示实验

利用磁铁作用于漂浮在水面的纸片和盛水气球,演示了水的抗磁性,并利用全反射研究了水的抗磁性与外磁场的关系.实验结果表明:当磁铁置于水面上方时,磁场作用区域的水面向下凹陷.磁场越强,水面的凹陷程度越大,水的抗磁现象越明显.     

圆柱形磁铁在金属管中的下落时间

用磁荷法计算磁铁产生磁场分布,进而计算圆柱形磁铁在金属管中的下落时间.实验测量圆柱形磁铁在金属管中的下落时间,得到与理论计算相符的结果.     

一种磁场优化结构电磁超声传感器设计*

为了进一步增强电磁超声检测技术在管道厚度测量领域的检测能力,该文对电磁超声传感器(EMAT)的结构进行了优化。提出了多磁铁对称分布型EMAT,能实现更小的磁铁体积,产生更强的表面剩磁强度。采用在硅钢表面开槽的方式限制涡流形成的区域,解决了涡流对测量的影响。建立厚度测量实验系统,对比出单磁铁型与多磁铁对称分布型EMAT在不同提离距离上检测信号的变化规律。结果表明,多磁铁对称分布型结构可通过增强EMAT的偏置磁场达到信噪比更优的效果。采用耐高温探头外壳和钐钴磁铁,提高了EMAT探头在高温环境下的检测性能。     

霍尔效应演示板的研发与自制

人教版普通高中课程标准实验教科书《物理.选修3-2》第六章第1节讲到了霍尔元件及霍尔效应.简单地说,霍尔效应就是通过电流的导体在垂直电流方向的磁场作用下,在与电流和磁场均垂直的方向上形成电荷积累和出现电势差的现象.笔者通过实验法,结合新课改要求设计,摸索中自制了演示     

在电磁学体系下讨论运动电荷的电场与磁场的联系

本文以点电荷相对导体圆环运动为例，在麦克斯韦电磁理论的体系下，阐明导体圆环系下电场与磁场之间的联系，以揭示电磁场的相对性。     

洛仑兹力公式中的V究竟是什么

运动电荷在磁场中所受的洛仑兹力 F=qV×B其中速度V的具体含义是什么?一般书上只是说,V是电荷q在磁场中的运动速度.而在实际中,存在三种理解:①电荷相对于磁场的速度[1].②载流导体中电荷相对于导体的速度.③电荷相对于观察者的速度. 如果磁场、载流导体和观察者相对静止,这些理解是等效的.但是,在一般情形下,①②两种理解是错误的,只有第③种理解才是正确的.下面我们分别说明.一、V不是电荷相对于磁场的速度 设空间某一区域有一均匀磁场B,一段导体以速度V向右运动.显然,无论是在相对于磁场静止的参考系K中,还是在相对于导体静止伪参考…