衛(wèi)一航

摘 要：電磁學(xué)是物理學(xué)的核心分支學(xué)科之一，是高中物理學(xué)習(xí)的重點和難點。本文結(jié)合所學(xué)的物理知識，通過廣泛地閱讀及觀察，對電磁學(xué)的發(fā)展歷程進行歸納總結(jié)，大致分為5個時期。并詳細列舉了電磁學(xué)在生活中的具體應(yīng)用，不僅鞏固了電磁學(xué)中的相關(guān)理論知識，而且對電磁學(xué)有了更深刻的認識，并對電磁技術(shù)所帶來的負面影響進行了分析。

關(guān)鍵詞：電磁學(xué) 發(fā)展 應(yīng)用 影響

中圖分類號：R31 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（b）-0093-03

隨著經(jīng)濟和科技的發(fā)展，電在我們?nèi)粘Ｉ钪幸舶l(fā)揮著越來越重要的作用。而與此同時，電磁幾乎遍布于我們生活中的每一個角落。許多隨著電磁學(xué)及電磁技術(shù)的發(fā)展，在不同的領(lǐng)域，電磁學(xué)都會發(fā)揮著它的作用。電磁學(xué)的整個理論體系及發(fā)展歷程，對電工和電子技術(shù)的發(fā)展有著重要的影響。本文首先闡明了電磁學(xué)的發(fā)展歷程，舉例說明電磁學(xué)在生活中應(yīng)用，剖析其帶來的負面影響。

1 電磁學(xué)的發(fā)展進程及時期

1.1 古代的電磁觀察與應(yīng)用

古代的希臘人發(fā)現(xiàn)琥珀和毛皮等可以摩擦生電。迄今為止，希臘文的琥珀是英文Electricity的字根。中國人發(fā)現(xiàn)磁石吸鐵，帶電的物體能吸小的物體，并且還會利用磁針導(dǎo)航。這些電磁現(xiàn)象的觀察與應(yīng)用，讓我們現(xiàn)代人感嘆古代人的智惠。因此，電磁學(xué)發(fā)展的出發(fā)點在18世紀(jì)的西歐。

1.2 庫倫定律

17世紀(jì)末（1684年），著名學(xué)者牛頓出版了《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》一書。之后，物理學(xué)的中心課題是諸多關(guān)于自然界中力的研究。18世紀(jì)的歐洲，研究電與磁的人也比較多，尤其是電，更富有挑戰(zhàn)性。

1.3 從伏特電池、安培定律到電報、電話

奧斯特發(fā)現(xiàn)把磁針平行放置于通電的直導(dǎo)線附近時，由于磁鐵對通電導(dǎo)線有作用力，磁針將發(fā)生偏轉(zhuǎn)。繼奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)后， 法國的科學(xué)家安培首先對電磁作用力進行了研究，并提出右手定則，解釋了地磁的起因。之后，他通過研究載流導(dǎo)線之間的相互作用， 建立了電流元之間的相互作用規(guī)律——安培定律， 提出磁性起源是電流的假說——安培分子電流假說。

1.4 法拉第定律與發(fā)電機

法拉第定律也叫做電磁感應(yīng)定律。法拉第定律可謂電磁學(xué)中最重要的發(fā)現(xiàn)，原因是因為它揭示了電和磁現(xiàn)象之間的相互聯(lián)系。一方面，發(fā)電機是人們在電磁感應(yīng)的基礎(chǔ)上發(fā)明的。它的發(fā)明，可以實現(xiàn)電能的大規(guī)模生產(chǎn)和遠距離輸送成；另一方面，在電工、電子技術(shù)等方面電磁感應(yīng)現(xiàn)象都有廣泛的應(yīng)用。因此，電磁感應(yīng)定律的提出，為人類進入電氣化時代奠定了堅實的基礎(chǔ)。

1.5 麥克斯威與無線電

著名的麥克斯威方程式，不僅精確地描述了所有已知電磁場的現(xiàn)象，同時也有新的預(yù)言。在這里最重要的是電磁波：（1）由于電磁交感現(xiàn)象，因此電磁場可以在真空中以波的形式傳遞。（2）計算結(jié)果表明這種波的速度與光速一致，因此光是一種可見的電磁波。（3）這種波也具有能量、動量等，并且遵從守恒定律。

2 電磁學(xué)在生活中的具體應(yīng)用及實例

2.1 指南針

古代中國，已經(jīng)開始利用指南針。指南針在現(xiàn)代已眾所周知，它是一種簡單的儀器，可以用來判別方向。它的基本組成是一根安裝在軸上可以自由轉(zhuǎn)動的磁針。磁針在地磁場作用下能保持在磁子午線的切線方向上。磁針的北極指向地理的北極，可以利用這一性能來辨別方向。在航海、大地測量、旅行及軍事領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

2.2 電磁爐

電磁爐是近年來一種新興的灶具。它的烹調(diào)方式與傳統(tǒng)的明火烹調(diào)有大的不同，其基本原理是采用磁場感應(yīng)的電流加熱的。電磁爐主要通過電子線路板的組成部分，產(chǎn)生交變磁場。當(dāng)含鐵的鍋具底部放置于爐面上時，鍋具即切割交變的磁力線，鍋具底部金屬部分會產(chǎn)生交變的電流，渦流引起鍋具的鐵原子做高速無規(guī)則的運動，原子之間的互相碰撞和摩擦產(chǎn)生熱能，能引起鍋具本身產(chǎn)生熱量，可以加熱及烹飪食物，因此能達到生活烹飪的目的。電磁爐在工作的過程中，熱量是由鍋底直接感應(yīng)磁場產(chǎn)生渦流而產(chǎn)生的，因此在選擇材料的時候應(yīng)該選擇對磁敏感的鐵作為炊具。由于鐵對磁場吸收充分并且屏蔽效果好，能夠減少磁輻射，因此鐵鍋比其他任何材質(zhì)的炊具都安全。同時，鐵元是人體長期需要攝取的必要元素。

2.3 高斯計

高斯計，是測量物體于空間上一個點的靜態(tài)或動態(tài)（交流）磁感應(yīng)強度，由霍爾傳感器（精度更高可選擇磁通門傳感器）。經(jīng)過物體磁力線穿過產(chǎn)生電流電壓，主設(shè)備上面顯示磁感應(yīng)強度。高斯計需要能夠測量恒定磁場，直流磁場與交流磁場和脈沖磁場的功能。同時由于智能制造發(fā)展高斯計需要能夠與自動化設(shè)備有交互功能，因而485通訊與開關(guān)量端口，模擬信號端口成為必須。高斯計隨著設(shè)計技術(shù)進步，已經(jīng)由原有的模擬電路轉(zhuǎn)化成STC單片機設(shè)計的方案，近年來隨著高斯計功能增強，內(nèi)部程序的復(fù)雜程度也提高了。開始采用內(nèi)核是Cortex-M3的32位ARM微控制器的智能高斯計。在采樣速度以及程序穩(wěn)定性都得以提高（原理圖見圖1）。

2.4 磁懸浮列車

磁懸浮列車是采用的是無接觸的電磁懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動系統(tǒng)的磁懸浮高速列車系統(tǒng)，是目前陸地最快的交通工具，同時是21世紀(jì)最具有潛力的交通工具。磁懸浮列車的三大組成部分為：懸浮系統(tǒng)、推進系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)。這種高科技交通工具是利用磁極吸引力和排斥力的原理。換句話說，排斥力使列車懸起來，而吸引力能使列車開動。目前磁懸浮列車可以分為吸力和斥力兩種。電磁懸浮系統(tǒng)（EMS）是一種吸力懸浮系統(tǒng)，并結(jié)合在機車上的電磁鐵和導(dǎo)軌上的鐵磁軌道相互排斥產(chǎn)生懸浮。

2.5 電磁起重機

電磁起重機它是一種能夠利用電磁原理搬運鋼鐵物品的機器，主要部分是磁鐵。當(dāng)電流接通時，電磁鐵會把鋼鐵物品牢牢吸住，吊運至指定地點。當(dāng)切斷電流時，磁性會消失，鋼鐵物品會被放下。電磁起重機的使用方便，但必須保證有電流的情況下才可以使用，應(yīng)用領(lǐng)域為廢鋼鐵回收部門和煉鋼車間等。

2.6 電磁繼電器

電磁繼電器的主要組成有：電磁鐵、銜鐵、彈簧片和觸點等。它的工作電路是由低壓控制低壓電路和高壓工作電路兩部分組成的。當(dāng)線圈兩端加上一定的電壓時，線圈中就會有電流產(chǎn)生，從而引起電磁效應(yīng)。銜鐵在電磁力的作用，克服彈簧拉力吸向鐵芯，能夠帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當(dāng)線圈斷電時，電磁吸引力消失，銜鐵在彈簧的反作用力回到原位，引起動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放。經(jīng)過吸合、釋放，可以使電路中的導(dǎo)通、切斷。區(qū)分繼電器的“常開、常閉”觸點是根據(jù)：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。

2.7 移動電話和手機

隨著人們生活水平的提高，移動電話的使用率非常的普及。在城市的任何一個角落，手機基本可以進行通話。在我國的部分旅客列車和民航班機上，還有公用的移動電話。公用的移動電話系統(tǒng)是城市電話網(wǎng)的一部分，每一部移動電話實際上就是無線電臺，它可以將用戶的聲音轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l電信號發(fā)射到空中；同時它又是一個收音機，捕捉空中的電磁波，使用戶接收到通話對方傳來的信息。

2.8 電磁屏蔽

電磁屏蔽現(xiàn)象指的是利用導(dǎo)電材料或鐵磁材料制成的部件，對大容量汽輪發(fā)電機定子鐵心端部進行屏蔽，目的是為了降低由定子繞組端部漏磁在結(jié)構(gòu)件中引起的附加損耗。對于通信方面的屏蔽，實際上是利用屏蔽體把元部件、電路、組合件、電纜或整個系統(tǒng)的干擾源包圍起來，防止干擾電磁場的向外擴散。用屏蔽體把接收電路、設(shè)備或系統(tǒng)包圍起來，防止它們受到外界電磁場的影響。眾所周知，手機通過信號發(fā)生器對基站發(fā)射請求信號，得到的回應(yīng)信號有強有弱，這就是我們平時所說的“信號”的強弱。正是這種原因，封閉的導(dǎo)體對電磁波有屏蔽作用，而導(dǎo)體內(nèi)部能自動形成一個電場，以便阻止電磁波的流通。我們在電梯里，地鐵中，火車隧道里（山、大地也是導(dǎo)體），手機信號會特別差的原因正是基于上述的現(xiàn)象。

2.9 磁與生物

任何物質(zhì)都或多或少具有磁性，生物體當(dāng)然也不例外，一般的生物體都具有弱磁性。同時，生物體在進行生理活動時能產(chǎn)生磁場，生物磁場比較微弱。例如，正常人的心臟跳動能夠產(chǎn)生的心磁場約10-10T，大腦的神經(jīng)活動能夠產(chǎn)生的腦磁場約5×10-13T。從數(shù)值上比較，它們遠遠低于地面附近的地磁場（約5×10-5T）。隨著磁測量技術(shù)的發(fā)展，人們能夠測量這些微弱的生物磁場，在研究生物體生命活動時有重要意義。

3 電磁學(xué)在生活中的負面影響

每一種技術(shù)的進步，都是一把雙刃劍，電磁學(xué)當(dāng)然也不例外。電磁技術(shù)在廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟各個部門，給人類創(chuàng)造了巨大物質(zhì)財富的同時，也引起比較嚴(yán)重的電磁污染，隨著人類環(huán)境意識的不斷增強，電磁污染危害的嚴(yán)重性越來越受到人們的重視。

電磁污染屬于環(huán)境污染，和水、空氣、噪音等環(huán)境污染有所不同。它的含義是指超過人體承受或儀器設(shè)備容許的電磁輻射。電磁污染特性是以電磁場力為主，與電磁波的性質(zhì)、功率、密度及頻率等因素有密切的關(guān)系。當(dāng)電磁輻射超過一定的強度時，也就是超過安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)限值時，會對人體產(chǎn)生負面效應(yīng)，引起頭痛、失眠等癥狀時為電磁污染。電磁污染是一種“隱形污染”。隨著電磁技術(shù)的發(fā)展，射頻電磁場功率成倍的增加，地面電磁輻射越來越大，直接威脅到人體健康的程度。

電磁輻射是看不見、摸不著的，能夠產(chǎn)生電磁輻射的設(shè)備基本都是日常生活中的常用電器，如手機、電視、電磁爐、醫(yī)療器械、汽車、電子儀器等，當(dāng)它們工作時，能夠產(chǎn)生各種不同波長頻率的電磁波。如果人體在過量的輻射環(huán)境中長期暴露，電磁輻射將會大量殺死人體細胞，稱為電磁輻射污染。電磁輻射污染和水質(zhì)污染、大氣污染、噪聲污染被稱為四大環(huán)境污染。

4 結(jié)語

電磁技術(shù)已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個部門，給人類創(chuàng)造了巨大的物質(zhì)財富。我們對電磁學(xué)應(yīng)該有更清晰的認識。它是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，證明了社會歷史的進步，如果離開了它，我們或許會失去很多。然而，我們在利用的同時，要明確電磁技術(shù)的負面影響，因為它具有電磁污染危害，可能會威脅人體的健康。總的說來，利大于弊，所以我們正確地看待。

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