电磁 – 电场、磁场

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电磁 – 电场、磁场

electromagnetic

电磁 – 本文首先讨论与电场和磁场相关的简单定义,然后进入这两个领域的组合主题,即电磁学和 电磁场 。

本文是基础 电子学 文章的延续。

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电场

电荷量

世界上的一切都具有某种引力:行星、物体、原子、质子、中子和电子。

但如果所有这些吸引力都是同一类型,并且仅取决于牛顿万有引力定律,那么整个宇宙将变成一个非常大的物体; 所以我们可以得出结论,除了质量引力之外,还有一种斥力阻止所有基本粒子相互碰撞。

这种类型的吸引力/重力和排斥力是作为基本粒子中的一种频率而产生的,它也会改变基本粒子。

基本粒子有两种类型,它们既排斥自己的类型,又吸引另一种类型。 这两种粒子称为电子和质子。 根据定义,质子带正电,电子带负电,这两个粒子的电荷相等。

负电荷

一般来说,带负电的物体具有比质子更多的电子。 由于原子中质子的数量不容易改变,为了使物体带负电,我们必须向其中注入电子。

正电荷

一般来说,带正电的物体的电子比质子少。 由于原子中质子的数量不容易改变,因此要使物体带正电,必须从中获取电子。

电子的

电子科学意味着陈述从导体或半导体材料注入或取出电子的方法,并将数学关系与这些方法相结合。

数字科学是逻辑关系与电子科学的结合。 在学习这些方法之前,有必要首先解决电荷之间的一些规则,无论它们是静止的还是运动的。

两个负载之间的力

每个电子的电荷等于:

1.602×10^-19 库仑 / coulomb

每个库仑等于集中在一个点的 6,242,197,253,433,208,489 个电子的电荷。

距离 r 的两个不同点处的两个电荷之间的力可通过以下公式计算:

electromagnetic field 电磁

真空/空间中的磁导率系数为 μ0,真空中的电导率系数为 Ƹ0,只要光速(c)恒定,这两个值在这个世界上是完全恒定的。

电路路线/电线中的电流速度通常约为光速的一半(了解准确的速度对于高频数据传输非常重要)。

一点的电场

带电物体周围空间中许多电荷积累(由于每个电荷的吸引力)所产生的力称为点的电场。

这种性质导致相同电荷的负载相互排斥,而相反电荷的负载相互吸引。

以下关系表示一点电子周围的电场:

electric field 电磁
电场线

它们是电场效应发生的假设线。 您可以在下图中看到这些行:

electric charge
电势(伏特)

导电物体、电线或任何其他导电材料中的能量称为电势能或伏特。

您可以使用 0V 电源(例如地线)和电压表来测量相对于物体的势能。

势能由力乘以位移获得(W=Fd)。

电势差(电压)

所有提到的主题都是为了传达电压的概念。

两点势能之差称为电压。

如果我们用导线连接这两个点,则势能从较高点移动到较低点,直到两点达到相同的势能(例如两个并联 电容器)。

势能的单位与焦耳相同,但在电子科学中,由于电势差的重要性,被称为伏特和电压。

电荷从较高点移动到较低点的速度称为电流强度。

  • 两个 5V 电源之间没有电流,但 0V 和 5V 电源之间有电流。

由于电流的存在,也存在 电阻

磁场

在定义中,磁性物体 周围的假想线称为磁场。

换句话说:哪里有磁性,哪里就有磁场。

磁性

磁铁的特性称为磁性,它会导致磁性材料(例如铁)被吸引。

磁性材料的磁性转移称为磁感应。

磁性材料分为铁磁性材料和顺磁性材料。

铁磁材料分为两类:软铁磁体(如铁,容易获得和失去磁性)和硬铁磁体(如钢,需要较长时间获得磁性并保持较长时间) 。

顺磁性材料需要强大的磁场才能获得磁性,例如锰。

磁场线及其特性

磁性材料周围一系列看不见的线。 借助铁屑,可以看到这些线对环境的影响。

  • 要查看线条的位置,可以将一张纸放在磁铁上,然后将铁屑慢慢铺在纸上。
magnet 电磁

这些线的特征之一是这些线从不相互交叉,并且在线越压缩的任何区域中,场越强。

线的方向定义为从 N 极到 S 极(在磁铁内部则相反)。

电磁

可以利用电流产生磁场。

由电流产生的磁场称为 电磁 场。

我们可以使用导线或电感器来产生电磁场。

如果我们让电流通过直线,就会在其周围产生磁场。

这些磁场线/磁环的方向取决于电流方向。

在下图中,可以看到电流方向是从上到下,导线前面的线圈方向是从右到左:

electromagnetic 电磁场

您可以使用指南针确定操作模式下圆环的方向。

要确定场的方向,可以在计算中使用右手定则。

如果我们将两根载流电线放在一起,就像将两块磁铁放在一起一样,它们就会相互施加力。

electromagnetic 电磁

上图中,F12 表示导线 1 对导线 2 的场力,F21 表示导线 2 对导线 1 的场力。

现在,如果我们将一根长的涂层线绕在一根棒上,在建立电流后,除了产生强磁场外,每个环路的磁场还会影响其他环路。

在这种称为电感器或线管的设备中,我们必须使用右手定则来确定极点。

电磁 感应

电磁感应一般是将电磁体(第一线圈)产生的磁场感应到另一个线圈,然后在第二线圈中获取电势。

在电磁领域,从数字角度来看,信号构造非常简单,但从模拟角度来看,存在一些复杂性。

使用两根直导线进行 电磁 感应

一根直的载流电线可以在其周围的另一根电线上感应出电流。 产生这种感应的原因是磁通量的变化。

一般来说,改变磁通量意味着移动磁场、旋转磁场或改变磁场的强度。

在下面的电路中,通过做如下的改变,就可以改变磁通量,对导电物体和周围电路产生电磁感应:

electromagnetic circuit 电磁
  • 动线 AB
  • 旋转线 AB
  • 用 P1 改变电路电阻

进行电磁感应时,要确定感应电流的方向,必须反转感应场的方向,并利用右手定则(楞次定律 / lenz’s law)求出感应电流的方向。

线圈(电感 / inductor)

为了制造电磁体,如果我们将一根电线缠绕在铁钉上,并将电线的两端连接到电池,铁钉就会受到电线上电流产生的磁场的影响并被磁化。

线圈(电感器)的结构也是相同的。

电感器通常由两部分组成,铁/铁氧体磁芯和缠绕在磁芯上的铜线。

电感器也可以没有铁芯(空芯)。

当电流进入导线时,部分能量用于产生磁场并调节磁芯中的磁偶极子,这导致电感器的电阻在开始时上升,并且从电感器中流出的电流较少,但之后 核心偶极子正则化,电感器的电阻减小。

下图是电感的原理图:

coil inductor 电磁场

借助线圈的感应特性,可以使用至少两个电感器来制作变压器。 变压器是一种可用于改变输入电压的装置。 变压器有降压(降低输入电压)和升压(提高输入电压)类型。 变压器只能用于交流电。

transformer

使用电感器进行 电磁 感应

在电感器中,如果我们使用直流电,则磁通仅在电流在第一时刻建立时发生变化。

但当我们使用频率恒定的正弦波交流电时,就会产生恒定的磁通量变化,从而导致磁场以波形形式向四周传播。 这称为电磁波。

每个电感都有一个自感系数,通过这个系数,简单计算一下,就可以得出串联电感使用时输入电压的压降量:

electromagnetic example 电磁

XL = 2πfL

π = 3.1415 (pi)

在上述关系式中,XL 是由于交流电的自感而在电感器中产生的电阻。

f 是交流电源的频率,

L也是电感器的自感系数,通常写在零件上。

  • 由此可见,随着频率的升高,电感(电感)的电阻会增大,因此上述电路中的电感L1起到低通滤波器的作用,L2起到高通滤波器的作用。

电感器应用

电感器最重要的应用是滤波器和磁场/电磁场发生器。

扬声器:

要知道扬声器的工作原理是通过其圆形弹性板的振动来产生声音。 该板利用磁力振动。

该板后面粘有一个电感器,该电感器的中间有一块磁铁。 通过向电感器建立电流,磁场对电感器施加力并导致电感器和板移动。

板使空气围绕其自身移动,并且由于板随着交流电的振动而变得低压和高压。

麦克风:

一种麦克风的结构与扬声器相同,板随着声音产生的气压差而振动并导致感应器移动。

电感器及其磁常数芯的这些运动存在磁场和电势能。

无线电通讯:

为了通过无线电波传输数据,需要增加和减少线圈和天线上的电势。

这会在天线上产生电场,而振荡器组件(线圈)中的电子运动会产生磁场。

电场和磁场以电磁波的形式以光速呈球状传播。

这些波可以通过线圈和天线接收和检索,然后由接收器电路放大和解码。

在 以 后 的 文 章 中,我 将 讨 论 如 何 使 用 电 磁 波 发 送 和 接 收 数 据。

 

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