《电和磁的原理和应用》
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摘 要：在我们的日常生活中,电磁炉是较为常见的电器.而它就是采用電磁感应的原理进行加热,达到烹饪的效果.电与磁是物理中的重要知识点,它们之间存在着非常紧密的关系.简单说来,在一定情况下,电能产生磁,磁也能产生电.所以,研究电与磁具有一定的现实意义.本文在分析电与磁的产生原理和发展历程的基础上,通过实例对电与磁的应用进行了探讨,以期加强对电与磁的认知.
关键词：电与磁；原理；应用
一、电与磁的产生原理与发展历程
(一)电与磁的产生原理
电与磁是物理中的重要知识点,两者之间存在着紧密的联系.那么电与磁是如何产生的呢?主要有两种解释：第一,电是一种自然现象,也是宇宙中物质的固有属性.物质有正负之分.原子、分子等因正物质与负物质之间强大吸引力的结合而形成,其中最小的带电粒子是电子.电子的自旋运动产生磁场,变化的电场产生磁场.第二,日常生活中,我们都听过电磁场、电磁炉等电与磁在一起的词汇.电磁场、电磁炉等都是应用电磁感应现象制成的.电磁感应指的是电磁场与导体的相互作用而产生电的现象.这一现象让人们对电与磁之间关系的了解更近了一步.
(二)电与磁的发展历程
电与磁的发展历程可以分为初识电与磁、区分电与磁、电与磁的独立发展和统一发展这几个阶段.
电与磁的历史可以追溯到古希腊时期.古希腊科学家泰勒斯通过一系列静电的观察发现,摩擦后,琥珀有了磁性,可以吸引像羽毛等这样的轻小物体.后来,通过摩擦可以吸引其他物质的所有东西都称为“electives”.之后,英国的沃尔特·查尔顿统一名称称之为电.电与磁初次被识别.接着,通过对电磁现象的系统研究,威廉·吉尔伯特对电与磁的性质做了比较,将电与磁进行了区分：磁是磁体本身的性质,而电是要利用摩擦才能产生；磁只能吸引铁质物体,而电能吸引轻小物质等.然后,电与磁就进入了独立发展的阶段.磁极、电荷等陆续被研究.最后,电与磁之间的联系被发现.丹麦人奥斯特（H.C.Oersted）发现了电流磁效应,法国人安培发现了电流与电流间相互作用的规律.人们对电与磁的关系有了新的想象.再后来,法拉第发现了电磁感应定律,电与磁真正地成为一体了.随后,麦克斯韦提出了统一的电磁场理论,不但对定律有了准确的物理解释,还使电与磁之间的关系更加紧密.从此,电与磁之间关系在人们的日常生活和工作中发挥着重要的作用.
二、电与磁的应用
电与磁之间是相互产生、相互作用的关系,即电生磁,磁生电,磁场对其中运动的带电物体产生作用.电与磁的关系被认识后,逐渐应用到人们的生活与工作中.
(一)磁悬浮列车
磁悬浮列车是现代社会高科技发展的产物.与普通的轻轨列车相比,它具有低噪音、低能耗、无污染和高速高效的特点.所以长远来看,这种新型交通工具具有广阔的发展前景.那么磁悬浮列车是如何实现“若即若离”的基本工作状态呢?它主要是利用“同性相斥、异性相吸”的电磁原理,以电磁力来对抗地球的引力,再通过直线电机的引导,使列车能够在悬浮间隙约1厘米的轨道上正常运行.我国从德国购买的第一辆磁悬浮列车于2003年1月开始在上海运行.更令人骄傲的是,我国首条磁悬浮线路—长沙磁浮线已经成功试车.相信在不久的将来,我国一定会在这方面取得更大的成就.
(二)变压器
变压器是可以变换交流电压、电流和阻抗的一种静止电气设备.它的工作原理如下图所示,主要是利用电磁感应的原理,从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器.具体说来,变压器是由磁芯和线圈组成的,而线圈有两个或两个以上的绕组.其中,连接电源的绕组称之为初级线圈,剩下的绕组称之为次级线圈.当初级电圈中有交流电流时,磁芯就会产生交变磁通,此时,次级线圈就会感应到电流,两者产生电磁联系.根据电磁感应,交变磁通通过两个绕组就能感应出相应的电流.再当变压器空载时,初级电压（U1）/次级电压（U2）等于初级圈数（N1）/次级圈数（N2）,电压的变化就会出现.
(三)电动机
作为电器和各种机械的动力源,电动机是一种把电能转化成机械能的设备.它主要是依据电磁感应定律和电磁力定律实现机电能量转换的.从结构来看,电动机主要是由定子和转子组成的.受定子绕组旋转磁场的作用,电动机在电枢鼠笼式铝框中有电流通过并在磁场的作用下转动.当我们环顾四周时,机械的运动基本都是由交流电动机或直流电动机产生的.所以,电动机无处不在.
(四)音响
随着社会的进步,人们的生活越来越多姿多彩.演唱会、K歌和家庭用的弹奏乐器等都与音响的使用是分不开的.音响,是音响系统的简称.它的很重要的一样设备是由喇叭单元和箱体组成的音箱.喇叭单元是发声的部件,而箱可以对声音进行修正.喇叭单元的发声原理是由电能向声音的一种转换,这其中也有电子能量与磁铁的磁场互动.
三、电与磁的创新设计——“电子”手表
“电子”手表是运用电与磁的一个创新设计.它的原理是,粒子源可向右发射一定速度与电量的粒子.粒子通过磁场到达接收器.当接收器接收到粒子后,粒子源得到反馈信息,会再次发出粒子.因为粒子在磁场中的运动时间一定,所以从理论上讲,这个装置可以实现计时的目的.
四、总结
电与磁之间有着密切的联系.利用电磁理论,我国的工业、农业、医疗和国防等领域得到技术上的提升.我们更要深刻认识并应用电与磁的关系,为我国的现代化进步做出更大的贡献.
参考文献：
[1]穆爱国,陈宝友.电和磁的发展历程[J].中学物理教学参考,2012（Z1）.
[2]张舒怡.探究高中物理电磁感应的应用[J].中学课程辅导：教学研究,2017,11（26）.
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原理引用文献:
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