淺談電與磁的原理與應(yīng)用

田倬誠

摘 要：在我們的日常生活中，電磁爐是較為常見的電器。而它就是采用電磁感應(yīng)的原理進行加熱，達到烹飪的效果。電與磁是物理中的重要知識點，它們之間存在著非常緊密的關(guān)系。簡單說來，在一定情況下，電能產(chǎn)生磁，磁也能產(chǎn)生電。所以，研究電與磁具有一定的現(xiàn)實意義。本文在分析電與磁的產(chǎn)生原理和發(fā)展歷程的基礎(chǔ)上，通過實例對電與磁的應(yīng)用進行了探討，以期加強對電與磁的認知。

關(guān)鍵詞：電與磁；原理；應(yīng)用

一、電與磁的產(chǎn)生原理與發(fā)展歷程

（一）電與磁的產(chǎn)生原理

電與磁是物理中的重要知識點，兩者之間存在著緊密的聯(lián)系。那么電與磁是如何產(chǎn)生的呢？主要有兩種解釋：第一，電是一種自然現(xiàn)象，也是宇宙中物質(zhì)的固有屬性。物質(zhì)有正負之分。原子、分子等因正物質(zhì)與負物質(zhì)之間強大吸引力的結(jié)合而形成，其中最小的帶電粒子是電子。電子的自旋運動產(chǎn)生磁場，變化的電場產(chǎn)生磁場。第二，日常生活中，我們都聽過電磁場、電磁爐等電與磁在一起的詞匯。電磁場、電磁爐等都是應(yīng)用電磁感應(yīng)現(xiàn)象制成的。電磁感應(yīng)指的是電磁場與導(dǎo)體的相互作用而產(chǎn)生電的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象讓人們對電與磁之間關(guān)系的了解更近了一步。

（二）電與磁的發(fā)展歷程

電與磁的發(fā)展歷程可以分為初識電與磁、區(qū)分電與磁、電與磁的獨立發(fā)展和統(tǒng)一發(fā)展這幾個階段。

電與磁的歷史可以追溯到古希臘時期。古希臘科學(xué)家泰勒斯通過一系列靜電的觀察發(fā)現(xiàn)，摩擦后，琥珀有了磁性，可以吸引像羽毛等這樣的輕小物體。后來，通過摩擦可以吸引其他物質(zhì)的所有東西都稱為“electives”。之后，英國的沃爾特·查爾頓統(tǒng)一名稱稱之為電。電與磁初次被識別。接著，通過對電磁現(xiàn)象的系統(tǒng)研究，威廉·吉爾伯特對電與磁的性質(zhì)做了比較，將電與磁進行了區(qū)分：磁是磁體本身的性質(zhì)，而電是要利用摩擦才能產(chǎn)生；磁只能吸引鐵質(zhì)物體，而電能吸引輕小物質(zhì)等。然后，電與磁就進入了獨立發(fā)展的階段。磁極、電荷等陸續(xù)被研究。最后，電與磁之間的聯(lián)系被發(fā)現(xiàn)。丹麥人奧斯特（H.C.Oersted）發(fā)現(xiàn)了電流磁效應(yīng)，法國人安培發(fā)現(xiàn)了電流與電流間相互作用的規(guī)律。人們對電與磁的關(guān)系有了新的想象。再后來，法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律，電與磁真正地成為一體了。隨后，麥克斯韋提出了統(tǒng)一的電磁場理論，不但對定律有了準確的物理解釋，還使電與磁之間的關(guān)系更加緊密。從此，電與磁之間關(guān)系在人們的日常生活和工作中發(fā)揮著重要的作用。

二、電與磁的應(yīng)用

電與磁之間是相互產(chǎn)生、相互作用的關(guān)系，即電生磁，磁生電，磁場對其中運動的帶電物體產(chǎn)生作用。電與磁的關(guān)系被認識后，逐漸應(yīng)用到人們的生活與工作中。

（一）磁懸浮列車

磁懸浮列車是現(xiàn)代社會高科技發(fā)展的產(chǎn)物。與普通的輕軌列車相比，它具有低噪音、低能耗、無污染和高速高效的特點。所以長遠來看，這種新型交通工具具有廣闊的發(fā)展前景。那么磁懸浮列車是如何實現(xiàn)“若即若離”的基本工作狀態(tài)呢？它主要是利用“同性相斥、異性相吸”的電磁原理，以電磁力來對抗地球的引力，再通過直線電機的引導(dǎo)，使列車能夠在懸浮間隙約1厘米的軌道上正常運行。我國從德國購買的第一輛磁懸浮列車于2003年1月開始在上海運行。更令人驕傲的是，我國首條磁懸浮線路—長沙磁浮線已經(jīng)成功試車。相信在不久的將來，我國一定會在這方面取得更大的成就。

（二）變壓器

變壓器是可以變換交流電壓、電流和阻抗的一種靜止電氣設(shè)備。它的工作原理如下圖所示，主要是利用電磁感應(yīng)的原理，從一個電路向另一個電路傳遞電能或傳輸信號的一種電器。具體說來，變壓器是由磁芯和線圈組成的，而線圈有兩個或兩個以上的繞組。其中，連接電源的繞組稱之為初級線圈，剩下的繞組稱之為次級線圈。當初級電圈中有交流電流時，磁芯就會產(chǎn)生交變磁通，此時，次級線圈就會感應(yīng)到電流，兩者產(chǎn)生電磁聯(lián)系。根據(jù)電磁感應(yīng)，交變磁通通過兩個繞組就能感應(yīng)出相應(yīng)的電流。再當變壓器空載時，初級電壓（U1）/次級電壓（U2）=初級圈數(shù)（N1）/次級圈數(shù)（N2），電壓的變化就會出現(xiàn)。

（三）電動機

作為電器和各種機械的動力源，電動機是一種把電能轉(zhuǎn)化成機械能的設(shè)備。它主要是依據(jù)電磁感應(yīng)定律和電磁力定律實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的。從結(jié)構(gòu)來看，電動機主要是由定子和轉(zhuǎn)子組成的。受定子繞組旋轉(zhuǎn)磁場的作用，電動機在電樞鼠籠式鋁框中有電流通過并在磁場的作用下轉(zhuǎn)動。當我們環(huán)顧四周時，機械的運動基本都是由交流電動機或直流電動機產(chǎn)生的。所以，電動機無處不在。

（四）音響

隨著社會的進步，人們的生活越來越多姿多彩。演唱會、K歌和家庭用的彈奏樂器等都與音響的使用是分不開的。音響，是音響系統(tǒng)的簡稱。它的很重要的一樣設(shè)備是由喇叭單元和箱體組成的音箱。喇叭單元是發(fā)聲的部件，而箱可以對聲音進行修正。喇叭單元的發(fā)聲原理是由電能向聲音的一種轉(zhuǎn)換，這其中也有電子能量與磁鐵的磁場互動。

三、電與磁的創(chuàng)新設(shè)計——“電子”手表

“電子”手表是運用電與磁的一個創(chuàng)新設(shè)計。它的原理是，粒子源可向右發(fā)射一定速度與電量的粒子。粒子通過磁場到達接收器。當接收器接收到粒子后，粒子源得到反饋信息，會再次發(fā)出粒子。因為粒子在磁場中的運動時間一定，所以從理論上講，這個裝置可以實現(xiàn)計時的目的。

四、總結(jié)

電與磁之間有著密切的聯(lián)系。利用電磁理論，我國的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療和國防等領(lǐng)域得到技術(shù)上的提升。我們更要深刻認識并應(yīng)用電與磁的關(guān)系，為我國的現(xiàn)代化進步做出更大的貢獻。

參考文獻：

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