电磁感应及其应用精选(九篇)

第1篇：电磁感应及其应用范文

关键词：高中；电磁感应；常规题型；归类解析

物理知识与文学类知识存在本质区别，在解决物理问题时需要学生具备一定的抽象思维能力与分析能力。电磁感应是物理学科的难点，也是历年高考的重点，那么要想在高考中轻松应对这些题目，要了解电磁感应的常规题型及该题所要考查电磁感应的知识点，以此找出问题的突破点。

一、高中电磁感应的常规题型概述

电磁感应内容可以是每年高考物理学科必考的重点内容，就这几年的物理命题而言，从命题方向上来看，重点对学生感应电流方向判定、法拉第电磁感应定律、导体切割磁感线时电动势的相关计算、楞次定律等物理知识进行考查，从高考命题形式上来看，既有单独对一项物理知识点的考查，同时也有物理综合知识考查的计算题，并且一般都是物理综合命题的分值比较高，具有一定的难度。高考物理例题中常见的综合物理题型有电磁感应与力学综合规律的综合、电磁感应与电路规律的综合、电磁感应与能量守恒的综合等等。

二、高中电磁感应常规题型的归类解析

1.电磁感应与力学规律的综合题型解析

电磁感应与力学规律综合应用是历年来高考物理学科重点考查的知识点，那么解决这类问题的重点在于对物体运动的状态进行分析，在分析过红才呢过中寻找其临界状态，比如说速度变化、加速度变化、感应动势变化、导体受力运动变化、安培力变化及电动势变化等等，这些因素的变化有着密不可分的关系，相互影响。以下是笔者通过一道高考例题对电磁感应与力学规律的综合应用解析。

例如：AB与CD是两根固定的、足够长的平行金属导轨，两金属导轨之间距离为L，水平面与金属导轨平面的夹角用θ表示。整个金属导轨平面内部都有与金属导轨平面斜上方垂直的均强磁场，该磁场的磁感应强度为B，在金属导轨的AC端点连接一个电阻，电阻值为R，同时还要连接一个垂直于金属导轨放置的、质量为m的金属棒ab，从静止状态开始沿着金属导轨进行下滑，求解在该运动过程中金属棒ab的最大速度（金属导轨之间的动摩擦因数用μ表示，金属导轨与金属棒之间的电阻大小可以忽略不计）。

解析：金属棒ab在沿金属导轨下滑时会受到四个作用力、分别是摩擦力Ff、支持力FN、重力mg与安培力F安，若金属棒ab由静止状态开始进行下滑后，那么这个过程属于变加速过程，当金属棒ab下滑期间其加速度降低到a=0时，其本身的速度就会增大到v=vm。此时金属棒ab与金属导轨处于平衡状态，以后金属棒ab再下滑将按照vm匀速下滑。按照E=BLv、I=E/R、F安=BIL等公式的计算要求对金属棒ab所受的力进行正交分解，FN=mgcosθ，Ff=μmgcosθ，根据E=BLv、I=E/R、F安=BIL可得，将金属棒ab作为研究对象，再依照牛顿第二定律应为：mgsinθ-μmgcosθ=ma，金属棒ab在做加速运动时，此时减小的是变加速运动，那么当a=0时金属棒ab的运行速度处于最大值，金属棒ab达到vm时有mgsinθ-μmgcosθ=0，根据此式计算出金属棒ab在运动时的最大速度。

在求解这类题型时应在金属棒受力分析基础之上，根据牛顿定律，并结合电磁感应定律、安培力公式及欧姆定律等相关知识点，从而建立起金属棒的运动状况及受力状况，理清金属棒的运动变化与电磁感应规律之间的关系，这样会使整个解题思路更加清晰，找到求解这类题型的突破口。

2.电磁感应与电路规律的综合题型解析

电源内部电流一般都是由负极流向正极，而电源外部则是由高电势向低电势的方向流动，因此在求解电磁感应与电路规律综合物理题时要明确等效电路相关内容，清楚的指出电源、内电路及外电路，在求解电磁感应电动势过程中需要对 等相关内容，那么要解决此类物理问题，对于电源外路应根据其结构对其内部各元件的连接状况进行分析，并画好等效电路图，这主要是利用闭合电路欧姆定律对其进行求解，当然在电磁感应与电路规律综合物理题型求解中，还需要结合题目全面考虑该题材所要考查的知识点，综合考虑电功率及电功等能量关系式，并对闭合电路的实际运行状况进行分析。电磁感应与电路规律综合考查是高考物理题型的重要形式，在求解过程中首先要清楚感应电动势大小，其次要明确内外电路，画出等效电路图能够明确解题思路，快速解出试题。

3.电磁感应与能量守恒的综合题型解析

电磁感应与能量守恒综合题型也是历年高考物理科目考查的重点，一般高考例题主要是对能量转化问题进行考查，利用导体切割运动及磁通量的变化等形式所产生的能量转化为电能；电流在流动过程中在利用电场力做功也可将电能转化为物体学中其他形式的能量，这就是电磁感应与能量守恒综合题型考查，它诠释了电磁感应与能量守恒之间的关系及相互转换过程。比如在能量转换去向分析中，可以通过导体棒切割磁感线运动对其进行分析，按照其做功及能量变化状况作为依据点，将整个运动过程与理论结合在一起进行详细的分析求解。

三、总结

电磁感应知识内容牵涉面较为广泛，与力学规律、电路规律及能量守恒等知识也紧密相连，当然高考中的电磁感应相关知识点还有很多，但是其在求解中存在一定的共性。一般情况下，在电磁感应相关问题求解中，需要明确掌握两个定律，抓住电磁感应相关运动中研究对象的受力及能量转化状况，从而对电磁感应相关问题进行灵活求解。

参考文献：

[1]肖斌.高中物理电磁惑应常规题型酌解析[J].新课程，2010，9（28）：19-20.

第2篇：电磁感应及其应用范文

首先，和磁头相比，磁性传感器能够检测到的磁场比较弱。其原因在于，磁性传感器针对的应用目标是便携式设备等，而且要避免因使用强力磁铁而给信用卡或Ic卡带来不利影响。另一方面，磁性传感器并不像地磁传感器那样用于检测微小的磁场。当灵敏度太高时，地磁会变成噪声，磁性传感器就无法实现其原定的功能。由于不需要特别提高灵敏度，磁性传感器比地磁传感器容易开发，并在小型化方面取得了更大的进展。

磁性传感器市场最近5年来正在急剧扩大。其应用的历史相当久远，从30年前开始就被应用到各种各样的用途中。例如，把小型螺旋桨装进自来水管或浴盆供水器的供水管内，利用磁性传感器检测螺旋桨的旋转以测量水流量等。但是，就传统应用来说，磁性传感器在市场规模上已经呈现饱和状态，过去曾经供应产品的各主要电机厂商开始退出市场。

2002年以后出货量急剧增加

导致市场变化的开端是翻盖手机的普及。在翻盖手机中，为了省电，关闭终端时液晶显示屏使用的背光灯电源需要自动关断。最初，用于检测终端开闭的是被称为“磁簧开关”的机械式开关。但是，这种开关的长度达到3cm－5cm，难以适应向小型化和薄型化发展的手机的要求。

被选中替代机械式开关的是适宜于小型化的磁性传感器。山梨日本电气(NEC山梨)公司MR业务部部门经理今野秀人表示：“到现在为止，我们已经持续开展磁性传感器业务约20年。产品在2002年以后的出货量得到了显著增加。”NEC表示，该公司接到的订货量主要面向国外市场，每年正以50％左右的速度增长，并将在2008年大幅超出2亿个／年的出货势头。这家公司正在手机磁性传感器市场中争夺最大的市场份额。

据NEC预计，该公司2007年度磁性传感器的营业收入额约为30亿日元.并计划在2010年度增加到3.3倍，达到100亿日元左右。因此，NEC为NEC山梨公司的工厂追加了几亿日元的投资，计划在2008年5月之前将磁性传感器上游工序的生产能力从以前的3000万个，月提高到5000页个/只。

最近，磁性传感器的应用也扩展到手机以外的领域，如用于检测笔记本电脑显示屏的开闭或冰箱门的开闭，控制空调的风扇，检测汽车的轮胎气压，检测汽车加速踏板以及变速装置的位置等。受到市场扩大的刺激，新开展磁性传感器业务的厂商接连不断。在2006年春季和2007年春季，分别有日本罗姆微电子集团和日本阿尔卑斯电气公司进入了市场。

输出随磁通密度而变化

磁性传感器是利用输出电压随磁通密度的变化而相应变化的现象而工作的。目前已经推出产品的磁性传感器所采用的技术大体可分为两种(见图2)。一种是采用霍尔器件的传感器，霍尔器件利用磁场和电流的相互作用而产生电动势(霍尔效应)。还有一种是利用各种磁阻(MR：magnetoresistive)器件构成惠斯登电桥的传感器，其电阻值随磁场强度的改变而相应变化。

这两种传感器的不同之处在于输出电压相对于磁场变化的特性不同。在霍尔器件中，输出电压是奇函数，输出电压的符号根据靠近传感器的磁铁是s极还是N极而改变。而MR器件的输出则是偶函数，不论是s极还是N极，输出电压的符号都不变。另外，MR器件还有灵敏度区域狭窄的缺点。

0.35mm的薄型产品问世

已上市的磁性传感器产品大致可分为数字输出的产品和模拟输出的产品两种。数字输出的产品是全集成型产品，传感器器件和用于将输出数字化的Ic都集成在一个封装内。而模拟输出产品的封装内则只有传感器器件。目前，全集成型产品的市场正在急速扩大(见表1)。

在挑选数字输出的全集成型产品时，主要应当注意四个方面：封装尺寸；灵敏度的不一致性；S极与N极是否都能检测，是否便于装入设备等。

在封装尺寸方面，面向手机应用进行的薄型化及小型化的开发工作非常活跃。在薄型化方面领先一步的是NEC公司。相对于阿尔卑斯电气公司、罗姆微电子集团、旭化成工业电子公司等其他厂商厚度约为0.5mm的产品来说，NEC的产品比较薄，厚度只有0.35mm。NEC山梨公司的今野秀人解释说：“在手机中用于检测开闭状态的传感器，往往是在其他元器件配置完毕之后再装入剩下来的缝隙内。因此，其小型及薄型就显得非常重要。”

据今野秀人介绍：“某手机产品为了在夜间能看见键盘而在键盘背后配置了薄型LED。在该产品中，外壳和主板之间有相当于LED厚度的0.4mm的缝隙。为了能装入这个缝隙内，磁性传感器的厚度必须减薄到0.4mm以下。这就是NEC开发厚度为0.35mm的产品的原因。”

大约20年前，NEC就已开始提供采用双极CMOS工艺制造的全集成型传感器产品。在2002年开始提供面向手机的传感器产品以后，公司组合应用CMOS工艺技术和直接把厚度30nm的AMR(各向异性磁阻)器件叠层到芯片上的技术，分阶段地实现了芯片的小型化及薄型化(见图3)。

不过，NCE这款产品的封装面积为1.6mm×1.0mm，略大于阿尔卑斯电气公司及罗姆微电子集团尺寸分别为1.1mm×0.9mm和1.1mm×1.1mm的产品。NEC计划将把封装尺寸缩小到1mm×lmm。今野秀人介绍说：“目前的产品中采用的是0.8mm2的芯片，而0.6mm2的芯片已经开发成功。使用0.6mm2的芯片后，封装尺寸就可以缩小到1mm2。”

另一方面，为了满足对高电压以及便于安装等的要求，也出现了特意增大封装尺寸的全集成型传感器产品。罗姆微电子集团正在开发尺寸约为3mm2的磁性传感器，其工作电压为4.5V－5.5V，比面向手机的小型产品的1.6V高一些。罗姆微电子集团集成电路开发本部传感器部部长生藤义弘解释说：“这是为了满足笔记本电脑屏幕或冰箱门的开闭检测等应用而开发的。我们先开发出了最小尺寸的产品，然后再逐步推出尺寸更大一些的产品。”

夏敏度的不一致性是导致事故的原因

在灵敏度不一致性的指标方面，目前业界公认是阿尔卑斯电气公司以及NEC公司的产品最小。灵敏度不一致性的值在产品的技术数据手册中并没有记载。但是，在逐渐增强磁通密度的情况下检测磁场时，输出电压从高向低变化时的工作磁通密度的最大值越小，则产品的灵敏度不一致性也越小。这是因 为，当灵敏度不一致性很大时，就需要设定比较大的工作磁通密度以覆盖灵敏度不一致的区间。

阿尔卑斯电气公司的小型产品的工作磁通密度很小，只有2.0mT或3.0mT，因此其灵敏度不一致性也很小。

当磁性传感器的灵敏度不一致性很大时，就很容易引发事故。NEc山梨公司的今野秀人指出：“我们的产品的工作磁通密度很小，最大只有2.5mT。而其他公司产品的最大值大部分在5.0mT左右。5.0mT会对信用卡的磁性记录等引起恶劣影响。比如，当把信用卡夹在手机中间时，信用卡里面的数据就有可能被磁铁的磁场破坏。”

MR器件也能区分S极和N极

另外，在选择产品时还必须考虑磁性传感器检测磁场的方法的差异(见图4)。在全集成型磁性传感器中，大部分产品采用以下三种方法中的一种来检测磁场：只能检测s极或N极的单极检测法，可检测S极和N极并产生相同电压输出的两极检测法；适用于s极和N极交互靠近情况下的交替检测法。在许多生产厂商的产品系列中，都具有分别支持单极检测和两极检测的产品，技术规格大体相同。以前，单极检测的产品占大部分，但据罗姆微电子集团介绍：“为了满足收看OneSegment地面数字电视等的要求，有些手机中出现了可旋转的液晶显示屏，这时就需要两极检测。”而单极检测具有的优点是，除了其本身的磁铁以外不易受到其他磁场的影响。

在不同的生产厂商之间，两极检测产品的差异在于能否区别检测出s极和N极。如果能够区分s极和N极，就能识别手机显示屏的旋转方向。阿尔卑斯电气公司及罗姆微电子集团将输出分成2个系统，并把S极和N极的输出分别分配给不同的系统，从而可区别检测出S极和N极。罗姆微电子集团的产品采用霍尔器件，比较容易辨别s极和N极的不同。而阿尔卑斯电气公司的磁性传感器利用的是MR器件，仅依靠器件本身并不能区别S极和N极，但该公司通过结合使用器件技术和电路技术，实现了s极和N极的区别检测。

在安装便利性方面也进行竞争

围绕磁性传感器在设备中的安装便利性，阿尔卑斯电气公司、NEC及罗姆微电子集团3家公司正在进行竞争。

罗姆微电子集团宣传其产品的静电耐压较高。该公司产品的静电耐压达到8kV，同英飞凌科技公司面向便携式设备的产品以及NEC公司产品的4kV相比，高出约一倍。一般来说，元器件的体积越小，则静电耐压越小。而罗姆微电子集团通过加粗布线等优化手段，解决了这个问题。

NEC及罗姆微电子集团产品的参数可以根据需要进行修改。NEC表示：“工作磁通密度等数值可以根据顾客的要求进行修改。”罗姆微电子集团表示：“我们提供免费的模拟演示服务，以确认使用哪一种磁通密度工作最好。到目前为止，所有的用户都很喜欢该服务。”据该公司介绍，在进行模拟演示时，用户只需提供传感器和磁铁的位置关系以及磁铁的数据等。

另一方面，在许多磁性传感器中，传感器的空间灵敏度区域狭窄，当磁铁的位置有微小偏移时就不能正常检测。而阿尔卑斯电气公司将传感器的空间灵敏度区域扩展到以前的2倍左右，从而大大缓和了对于传感器和磁铁的位置对准精度的要求，从而增加了设备设计时的自由度(见图5)。

车载产品的最高工作温度是150℃

如上所述，现在能够购买到的全集成型产品中大部分是面向手机或家电产品等应用的。针对这种状态，英飞凌科技公司正在大量提供面向车载应用特制的磁性传感器，如该公司的iGMR(integratedGMR)系列。英飞凌公司以前的磁性传感器产品中大部分是基于霍尔效应的传感器，但在2007年12月，该公司首次推出采用GMR器件的磁性传感器产品。

对于面向车载应用的产品来说，如果产品工作失常，马上就有直接引发事故的危险，因此，同面向便携式设备的产品相比，其对于产品质量及工作可靠性的要求标准极为严格。其工作温度范围的标准为40℃～+150℃，比面向便携式设备的－40℃～+85℃宽得多。

据英飞凌科技(日本)公司汽车事业本部市场拓展事业部长TorstenFischer介绍，英飞凌公司在制造工序的各个阶段，特别是在装入封装的下游工序(也包括焊锡材料等的选择在内)中，都以车载应用为目标进行了专门的优化。Fischer表示：“我们在比产品工作温度范围更高的170℃～180℃的条件下进行了很长时间的耐久性测试。目前，在100万个产品中，有可能发生工作失常的产品少于1个一3个。我们将来的目标是，工作失常的产品为oppm。”这显示出该公司以质量为首的姿态。

目前在面向车载应用的磁性传感器市场中，英飞凌科技公司占有50％以上的市场份额。此外，Allegro微系统等公司也正在提供面向车载的磁性传感器产品。最近，阿尔卑斯电气公司、NEC、罗姆微电子集团等也正打算进入这一市场，但其产品还没能达到高质量的要求标准。

iGMR系列产品的平均消耗电流是15mA，比面向便携式设备的产品大1000多倍。其原因在于，磁性传感器的断开时间与接通时间的比值(占空比)很大，达到30％－70％。而在面向便携式设备的产品中，只会在50ms－100ms内短时间(通常为几十us)地接通磁性传感器一次，因此其占空比一般约为0.1％，从而减小了平均消耗电流。

模拟输出的传感器重视性能

数字输出的全集成型产品越来越多地应用到便携式设备以及汽车中，相对而言，模拟输出的磁性传感器产品则被应用于对性能要求特别高的领域(见表2)。这是因为，跟数字输出的全集成型产品相比，模拟输出的磁性传感器的特点是动态范围大100倍。但是，由于其器件材料不适合利用CMOS工艺实现集成化等，因此没有制成全集成型产品。

例如，相对于强度相同的外部磁场来说，器件所使用的半导体的载流子迁移率越高，则霍尔效应的输出电压就越大。就器件而言，采用砷化镓(GaAs)、砷化铟(InAs)或者锑化铟(InSb)等化合物半导体的磁性传感器，跟采用硅的相比，动态范围有显著增加。但是，要将这一类化合物半导体跟利用CMOS工艺制造的芯片实现集成，并不容易。

作为生产磁性传感器器件的老厂商，旭化成工业电子公司可以提供采用化合物半导体的霍尔器件产品。该公司电子元器件市场拓展与销售中心磁性传感器事业部门统括课长吉田孝志解释说：“在采用无刷电机的空调风扇控制中，利用的就是采用这类化合物半导体的霍尔器件。”在该公司的产品中，模拟输出的霍尔器件全部都采用化合物半导体，而采用硅的霍尔器件只应用于全集成型产品。

利用2HQ电阻实现超低功耗

使用MR器件的模拟输出磁性传感器出现了采用输出电压动态范围更大的GMR器件或TMR器件的发展方向。日立金属公司的GMR传感器的动态范围大约是该公司AMR传感器的3倍。

日本大同特殊钢公司首次在日本推出利用TMR效应的磁性传感器产品(见图6)。这种TMR器件叫做GIGS(nano－granularingapmagneticsensor)，是日本电气磁气材料研究所在1997年开发的，大同特殊钢公司将其转化成为商品。

GIGS器件的特点是，虽然其长度不到200p.m，却能达到与现有磁性传感器相匹敌的性能。而且，视设计的具体情况还可以极大提高电阻值。

目前，应用这种技术的最小型磁性传感器的尺寸是0.65mm×0.65mm×0.4mm。这一尺寸基本上取决于2个电桥电路，大同特殊钢公司研究开发本部事业开发中心磁性传感器开发室主管长田诚一表示还可以进一步小型化。其电阻是10kQ～2MQ，和现有的磁性传感器相比，高出10倍－1000倍。因为电阻大，从而功耗得以下降，因此，长田诚一声称，“即使占空比达到100％，也完全可以应用于手机等电池驱动的终端上。”

在GIGS器件中，被称为“偏转线圈”的软磁性体构成磁场透镜，起到为薄膜收集磁场的作用。改变该偏转线圈的尺寸，就能改变灵敏度区域或电阻值的大小。

第3篇：电磁感应及其应用范文

【关键词】电子工程；防雷设计；内部防雷装置

1.微电子设备易受雷电电磁脉冲的损坏

雷电电磁脉冲是天空打雷时产生的成为干扰源的强大闪电流及其电磁场，它的感应范围很大，对建筑物内的各种电气设备都会有不同程度的危害，这种危害就是雷电电磁脉冲所产生的干扰。而由于微电子设备抗干扰能力低，它更易受到雷电电磁脉冲的侵害。

1.1微电子设备工作电压低, 抗雷电能力差微

电子设备日益向高精度、高灵敏度和高可靠性方向发展。其设备非常灵敏，但耐压很低，一般只有 10V 左右，所以对雷电电磁脉冲极为敏感，极易受到干扰或损坏，如果没有配套的防雷保护措施，雷电损坏率是很高的。这是因为微电子设备的耐压水平不能与一般电气设备相比，一般电气设备允许的雷电脉冲要比微电子设备高得多，所以感应的雷电电磁脉冲对一般设备来讲是安全的，而对微电子设备来讲是危险的。

1.2雷电电磁脉冲的干扰是微电子设备损坏的主要原因

雷电伤害一般分为直击雷、雷电感应及雷电波侵入等，以上这 3 种雷击均可在建筑物内产生雷电电磁脉冲，并对建筑物内的微电子设备产生干扰，其干扰形式有：

（1）建筑物的防雷装置接闪时，强大的瞬间雷电及其强磁场对建筑物内的电力线路和微电子设备的干扰。

（2）天空中雷电波的电磁辐射对建筑物内电力线路和微电子设备的电磁干扰。

（3）由外部各种强、弱电架空线路或电缆线路传来的电磁波对建筑物内微电子设备的干扰。

因其电子设备耐压水平很低，各种雷害产生的雷电脉冲对它都可以产生危害,雷电脉冲因电磁感应而产生，它可以来自避雷针落雷而感应产生,也可以来自远处落雷而产生，并且在数百米的范围内，对保护各种微电子的设备构成威胁，而且雷击越近，造成的危害就越大。同时，感应的雷电电磁脉冲也可以通过电源线、天线、信号线的耦合被引入微电子设备，并且可以在所有的金属管道及电缆金属外皮感应产生，所以雷电电磁脉冲是微电子设备损坏的主要原因，应是现代智能建筑防雷的重点。

2.电子工程类建筑防雷设计

通常我们将建筑物防雷装置分为两大部分：外部防雷装置和内部防雷装置。外部防雷装置是传统的常规防雷装置，其作用是保护建筑物免遭直击雷，除外部防雷装置外，所有防雷保护的附加措施均为内部防雷装置，措施主要有屏蔽、均衡电位（等电位）、合理布线和良好接地等，其作用是减少建筑物内的雷电流和电磁效应，以防止雷电感应所造成的反击、接触电压及电磁脉冲等雷害。

2.1 建筑外部防雷装置

接闪器包括避雷针和避雷网，避雷针的保护机理是通过雷电引向自身来完成保护区内的保护对象免遭直接雷击的，这种引雷的机理使避雷系统增加被雷击的概率。要保证被保护对象免遭直接雷击，避雷针就必须有足够的高度，而避雷针越高，其遭雷击概率也越大，即避雷针被雷击的概率与它的高度成正比。因此，采用避雷针保护不但起到引雷的作用，而且会大大增加被雷击的概率。

对于微电子设备来讲，要保证其安全使用，应尽量避免其所在的建筑的避雷针直接受雷击，尤其在保护范围内的直击雷，这是因雷击避雷针后，强大的雷击电流经引下线入地的过程中，由于雷电流陡度的作用，在其周围产生强大的磁场，可使建筑物内的金属物体产生感应电压，它与雷电流陡度成正比，与雷击点的距离成反比。

引下线的作用是传导雷电流经接地极入地，当建筑某部位遭雷击时，强大的雷电流将经引下线入地，引下线的粗细和数量将直接影响分流效果，若引下线多，每根引下线通过的雷电流就小，电磁感应就小，对其微电子设备影响就小。同时，增加引下线的数量，也有利于屏蔽的效果。

2.2 建筑内部防雷装置

前已述及，雷击时，雷电电磁脉冲是损坏微电子设备的主要原因，这些设备在防雷装置接闪时会受到电磁干扰，由于它们灵敏度高，耐压水平低，有时附近打雷或接闪时，也会受到雷电波的电磁辐射或受到传来的电磁波的影响。由于这些电磁波均来自建筑物外，因此防御雷电电磁脉冲干扰的理想方法就是采用屏蔽，即利用法拉第笼原理，将建筑物防雷装置设计成为笼式避雷网。

对于钢结构及钢筋混凝土结构的建筑，应尽量利用其结构内的钢筋（地板、顶板、墙、梁、柱），使其连接构成一个六面体的网，以形成良好的屏蔽，这样，不仅能较好地防止空间电磁波的辐射，而且还可以使建筑物内部的雷电分流和均压达到最佳效果。对于砖混结构的建筑，应对其电子设备用房单独做屏蔽。

电子应用系统对低频信号工作接地要求较高，采用联合接地体，不能允许低频工作接地系统有环流存在，因此，低频信号工作接地应采用单点接地系统，各层的低频信号工作接地均应直接接在本层的单点接地板上，整个建筑物内为树干式结线，不得形成环路，单点接地系统应由建筑物内的中心部位引到建筑的基础底板上，直接与基础装置相连并焊接，以避免防雷引下线产生的强磁场干扰。

联合接地系统通常利用建筑物的基础作接地极，其接地电阻均

3.结论

瞬态电涌一般来源于雷击电磁脉冲和操作过电压、外部防雷措施对瞬态电涌产生的过电压起不到保护作用，必须在信息系统电源线路和信息通道上，分级设置电涌保护器 SPD，以抑制浪涌电压和旁路浪涌电流。对于电子应用类工程建筑其防雷设计应注意：

（1）为减少直击概率，直击雷的接闪保护宜慎用避雷针，多用避雷网，若用避雷针，应远离微电子设备。

（2）为减小建筑物遭雷击时，引下线流经的强大的雷电流所产生的强磁场对微电子设备的干扰，应在满足规范的前提下，适当增加引下线的数量，从而减小每根引下线的电流密度及响应产生的磁场强度，同时，增加引下线对于屏蔽的效果也有好处。

（3）为防御建筑物外雷电波的电磁辐射，减小建筑物内感应的电磁脉冲对微电子设备的影响，采用的最好办法是屏蔽，把建筑物防雷设计成为笼式避雷网。

（4）为防御建筑物内产生反击电压，保证人身及设备安全，在建筑物内做等电压电位连接。

（5）为防御雷电波侵入，对于高、低压架空进线的建筑，应采取加装避雷器及过电压保护器等以防雷电波侵入的措施。对于天线、航空障碍灯，也应考虑防雷电波侵入措施，在其电力系统中应加装浪涌保护器。并在信息系统电源线路和信息通道上，分级设置电涌保护器 SPD。

（6）为减少因引下泄流在建筑内靠外墙处产生的强磁场对设备的影响，建筑内电力及通信主干线应尽量设在建筑物的中心位置，其精密电子设备用房也应远离靠外墙处。　[科]

【参考文献】

［1］王雨田主编.控制论、信息论、系统科学与哲学[M].北京：中国人民大学出版社，1986：285.

第4篇：电磁感应及其应用范文

本专题的考点是：关于磁场的基础知识及应川、了解电和磁之间的联系、知道电磁波在真空中的传播速度、了解电磁波的应用.

本专题的难点是：认识磁场、会用磁感线描述磁场，弄清发电机和电动机的工作原理.重点是：用磁感线描述磁场、电磁继电器、电动机的原理、发电机的原理、电磁波的产生及应用，考试热点是：磁感线、安培定则、发电机和电动机的原理、电磁波的应用.

本专题知识在中考试卷中的考查主要以填空题、选择题、作图题为主.利用选择题可以将相近、易混的知识点放在一起考查，既扩大了考查面，又可以考查同学们对概念的理解程度，这几年考题中经常出现，同学们在平时的学习和练习巾要学会进行比较，弄清相近、易混的知识点之问的联系和区别，加深理解.

第1节 简单的磁现象

重点考点

这部分内容有四个重要考点：磁极间相互作用的规律、磁场的基本性质、磁场的方向、地磁场.对本知识点的考查，一般是通过考查磁极之问的相互作用及磁场方向来命题.

中考常见题型

例1（2014.宜宾）请利用图1中给出的信息，在图中标出电源的正极、小磁针的N极，并用箭头标出磁感线的方向.

思路分析：由图1可知通电螺线管的右端为S极，则左端为N极，根据异名磁极相互吸引，小磁针的右端为S极，则左端为N极，因为在磁体外部，磁感线总是从N极发出，回到S极，所以在磁体外部磁感线的方向是指向右的.根据右手螺旋定则，伸出右手使大拇指指示螺线管的左端，则四指弯曲所指的方向为电流的方向，所以电流从螺线管的右端流人，则电源的右端为正极.答案如图2所示.

第2节 电流的磁效应

重点考点

奥斯特实验表明通电导线周围存在着磁场――电流的磁场，这就是电流的磁效应，其本质可以简记为：电生磁.电流的磁场方向跟电流方向有关.根据电流的磁效应，人们发明制作了螺线管、电磁铁、电磁继电器.通电螺线管外部的磁场和条形磁体的磁场一样，通电螺线管的两端相当于条形磁体的两个极，其两端的极性跟螺线管中的电流方向有关，可以用安培定则来判定，

电磁铁的极性、电流方向，以及磁性强弱的判断、探究影响电磁铁磁性强弱的因素、电磁铁的应用是中考的重点和热点，经常以填空题、选择题、作图题、实验探究题的形式出现.

电磁继电器就是利用电磁铁来控制r作电路的一种开关，是利用电流的磁效应工作的.了解电磁继电器的工作原理，必须区分控制电路与厂工作电路.控制电路就是电磁铁电路，电磁继电器是通过电磁铁电路的通、断而改变电磁铁的磁性有无，从而控制工作电路的.

利用某种方式来操纵电磁继电器控制电路的通、断，就可以实现对工作电路的自动控制，例如水位自动报警器就是由水位的升降来操纵电磁继电器控制电路的通、断.这部分知识在近年的中考试题中出现频率、所占分值呈上升趋势.

中考常见题型

例2 （2014.南昌）家庭电路中常用带有开关的移动插座，插座上的开关与插座是________联，插座与插座之间是____ 联.如图3所示.A、B弹簧下方分别吊着软铁棒和条形磁铁，闭合开关，将滑动变阻器的滑片逐渐向左移动时，A弹簧的长度将____，B弹簧的长度将____.（均填“伸长”“缩短”或“不变”）

思路分析：本题考查了家庭电路的连接，影响电磁铁磁性强弱的因素和根据右手定则判断通电螺线管的极性.插座是用来连接用电器的，开关与被控制的用电器是串联的，所以插座上的开关与插座是串联的，用电器之间是并联的，所以插座与插座之间是并联的.开关闭合，滑动变阻器滑片向左移动时，电路中的电流变大，电磁铁磁性增强，对铁棒的吸引力增强，弹簧A长度会伸长，根据安培定则判断通电螺线管的上端为s极，同名磁极相互排斥，弹簧长度会缩短.当滑动变阻器滑片向左移动时，电路中的电流变大，电磁铁磁性增强，条形磁铁的排斥力增大，所以弹簧B长度会缩短.

答案：串 并 伸长 缩短

例3 （2014.东营）学校教学楼里安装的应急照明灯，内部结构如图4所示，分电器的作用是把220 V的交流高压转化为12 V的直流低压，并且分两路输出.请说出220 V的供电线路有电和停电时，蓄电池、灯泡的工作状态分别是什么.

思路分析：电磁继电器一般由电磁铁、衔铁、触点簧片、弹簧等组成，只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合；当线圈断电后，电磁力也随之消失，衔铁就会在弹簧的作用下返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合；这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的.在220 V照明电源正常情况下，应急照明灯通过分电器给蓄电池充电，此时，电磁铁吸引衔铁，将灯泡与蓄电池所在电路形成断路，灯泡不发光.当照明电源突然停电时，电磁铁没有磁性，衔铁在弹簧的作用下向上抬起，使灯泡和蓄电池所在的电路形成通路，灯泡发光，从而实现自动应急照明，

答案：有电时，应急灯熄灭，蓄电池充电；停电时，应急灯由蓄电池供电而点亮.

例4（2014.泰安）如图5，闭合开：关，将滑动变阻器的滑片P向右移动时，弹簧测力计的示数变小.则下列分析正确的是（）.

A.电磁铁的上端为S极

B.电源左端为“+”极

C.断开开关，弹簧测力计的示数为零

D.若滑动变阻器的滑片P不动，抽去电磁铁铁芯，弹簧测力计的示数增大

思路分析：滑动变阻器的滑片P向右移动时，电路中的电阻变小，则电路中的电流变大，从而可以确定电磁铁的磁性变强.而条形磁体的下端为N极，并FL弹簧测力计的示数变小，由于异名磁极相互吸引，同名磁极相互排斥，所以电磁铁的上端为N极，故A不符合题意，由安培定则可知，电流由电磁铁的下端流人，故电源右端为正极，左端为负极，故B不符合题意，断开开关，电路中没有电流，所以电磁铁无磁性，即电磁铁对条形磁体既不吸引也不排斥，但由于条形磁体的F1重，故弹簧测力计有示数，故C不符合题意.抽去铁芯后，电磁铁的磁性变弱，而电磁铁的上端为N极，并月一同名磁极相互排斥，电磁铁对条形磁体的排斥力减小，弹簧测力计的示数将变大，故D符合题意.选D.

第3节 磁场对电流的作用 电动机

重点考点

通电导体在磁场中会受到力的作用.两个磁体间的相互作用是通过磁场而发生的，电流周围也存在着磁场，当把通电导体放人磁场中时，相当于把一个磁体放入了此磁场中，由于磁场对磁体会产生力的作用，所以通电导体在磁场中也会受到力的作用，而作用的实质，还是两个磁场间发生了力的作用.

通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向和电流方向都有关系，人们发明制造的电动机就是利用通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的，它把电能转化为机械能，电动机分为交流和直流两种.磁场对电流的作用简单理解就是“因电而动”，

动圈式扬声器足利用通电导体在磁场中受力运动的原理把电信号转换成声信号的一种装置.

中考常见题型

例5（2014-安徽）图6为直流电动机的工作原理图.以下相关的分析中正确的是（）.

A.电动机工作过程中.消耗的电能全部转化为内能

B.电动机工作过程中，消耗的电能全部转化为机械能

C.电动机工作过程中，线圈中也产生感应电流

D.电动机工作过程中，线圈中的电流方向保持不变

思路分析：直流电动机是根据通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的，通电线圈在磁场中受力转动，将电能转化为机械能.电动机工作过程中，消耗的电能几乎全部转化5转化为机械能，只有很少一部分电能转化为内能，A、B错.电动机工作过程中，线圈切割磁感线，线圈中也产生感应电流，C对.存制作直流电动机时安装了换向器，当线圈转过平衡位置时及时改变线圈中电流的方阳，从而改变线圈的受力方向，使线圈能够保证持续转动.矿选项D错误.选C.

第4节 电磁感应现象发电机

重点考点

闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就产生电流，这种现象叫作电磁感应，产生的电流叫作感应电流，感应电流的方向跟磁场方向和导体切割感线运动方向有关（三者互相垂直），改变磁场方向或改变导体切割磁感线方向都会改变感应电流的方向.发电机、动圈式话筒就是利用电磁感应原理制成的.其实质可以婵解为“因动而电”或“磁生电”.发电机工作时，将机械能转化为电能.

这部分知识在中招考试中出现的频率很高，每年的试题可以变换新颖的背景，而形式最多的是将发电机和电动机的原理进行比较，考查同学们是否理解其实质.中考常见题型

例6（2014.邵阳）下列哪种电器设备是利用电磁感应现象来工作的？（）

A.电热器 B.电动机 C.发电机 D.电磁铁

思路分析：先要知道电磁感应现象原理的含义.闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，会产生感应电流，这叫电磁感应现象，其前提条件是施加运动，结果是产生电流.电热器的主要部件是发热体，足利用电流的热效应工作的，故A不符合题意.电动机是利用通电线圈在磁场中受力转动来工作的，是利用通电导线在磁场中受力的作用的原理工作的，故B不符合题意，发电机就是通过线圈在磁场中做切割磁感线的运动，此时电路中会产生电流，故是电磁感应现象，故C正确.电磁铁足利用电流的磁效应的原理制成的，故D不符合题意，故选c，

小结：明确各设备的结构及工作原理，掌握电流的三种效应，即可解决本题.

第5节 信息的传递

重点考点

1.电话的结构及工作原理：最简单的电话由话筒和听筒组成.话筒把声音变成相应的电流信号，听筒再把电信号变成声音.

2.模拟信号和数字信号：信号电流的变化情况与声音的变化情况完全一样的信号叫模拟信号：信号是用不同符号的不同组合来表示，这种信号叫数字信号.使用数字信号的通信方式叫数字通信.

3.电磁波：变化的电流产生电磁波，电磁波的家族庞大、应用广泛，如无线电台、无线电视节日发射、雷达、手机等，都利用电磁波传递信号，电磁波的传播不需要介质.电磁波在真空中的传播速度等于光速，即c=3xl0 8 m/s.电磁波的传播速度c、波长λ、频率f的关系为c=λf.

中考常见题型

例7 （2014.广安）随着数字时代的到来，3G与4G的相继出现，现在我们已经可以很方便地使用 3G或4G.手机进行无线网络登陆，对手机上网的说法中，正确的是（）.

A.使用电磁波传输数字信号

B.使用超声波传输数字信号

C.使用红外线传输数字信号

第5篇：电磁感应及其应用范文

一.电磁感应中的力学问题

在电磁感应现象中，只要电路中产生了感应电流，磁场对感应电流就有安培力的作用。这样，导体在安培力及其他力的共同作用下或静止或运动，从而构成电磁感应中的力学问题。求解电磁感应中的力学问题主要有以下四个思维方向：

1.求解导体处于静止状态或匀速运动状态的问题时，一般从力的平衡角度加以思考。

2.求解瞬时问题或匀变速运动问题时，一般从牛顿运动定律的角度加以思考。

3.求解导体在安培力及其他力作用下的变加速运动问题时，一般从力在时间上的累积效果，即从动量定理的角度加以思考，此时应明确安培力的冲量I=BLit。当磁感应强度B为定值时，it是时间t内通过导体横截面的电荷量q。

4.若以某一系统为研究对象，当系统所受的合外力为零时，一般从动量守恒定律或能量守恒定律的角度加以思考。

例1，如图1所示，间距为L、电阻可以忽略不计的U形金属竖直轨道，固定放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向里。竖直轨道上部套有一金属条6c，金属条的电阻为R，质量为2m，可以在轨道上无摩擦地滑动，开始时金属条被卡环卡在竖直轨道上处于静止状态。在金属条正上方高H处自由落下一质量为m的绝缘物体，在物体撞到金属条前的瞬间卡环释放，物体与金属条相撞后一起继续下落，竖直轨道足够长。

（1）求物体与金属条相撞瞬间，金属条加速度的大小。

（2）金属条下落^高度后开始做匀速运动，求在金属条下落h高度的过程中感应电流产生的热量。

二，电磁感应中的能量问题

在电磁感应现象中，只要电路中产生了感应电流，则必有其他形式的能转化为电能，而电流通过电路时，又将电能转化为其他形式的能，从而构成电磁感应中的能量问题。对电磁感应中的能量问题的求解，应该先明确各种力做功的特点，以及力做功与能量转化的对应关系（如“外力”克服安培力做功，则其他形式的能转化为电能；合外力对物体做功对应物体动能的变化等），再在能量守恒的前提下，根据题中条件，列出能量转化的关系式，求解相关问题。

侧2如图2所示，光滑的定滑轮上绕有轻质柔软细线，线的一端系一质量为3m的重物，另一端系一质量为m、电阻为r的金属杆。在竖直平面内有间距为L的足够长的平行金属导轨PQ、EF，在Q、F之间连接有阻值为R的电阻，其余电阻不计，磁感应强度为B。的匀强磁场与导轨平面垂直，开始时金属杆置于导轨下端QF处，将重物由静止释放，当重物下降^高度时恰好达到稳定速度，而后匀速下降。在运动过程中金属杆始终与导轨垂直且接触良好（忽略所有摩擦，重力加速度为g），求重物在从释放到下降^高度的过程中，电阻R中产生的焦耳热Q。。

三.电磁感应中的电路问题

在电磁感应现象中，产生感应电动势的那部分导体相当于电源，这样，相当于电源的这部分导体与其他导体就构成闭合电路，从而形成电磁感应中的电路问题。求解此类问题的基本思路是：

1.明确哪部分导体是电源，哪部分是外电路。

2.明确电路的串、并联结构，画出等效电路图。

3.根据闭合电路的欧姆定律、串并联电路的特点，以及电功率公式等列式求解。

例3如图3所示，在光滑的水平地面上，放置着“日”字形的导线框，导线框的质量为M，每条边长均为L，其中导线框的口ab、cd、ef边的电阻分别为R、2R、3R，其余各边的电阻不计。空间存在方向竖直向下、宽度为L、磁感应强度为B的匀强磁场区域。现对导线框施以水平向右的拉力，使导线框以水平速度V1匀速通过磁场区域。

第6篇：电磁感应及其应用范文

关键词：电磁学 场 能量守恒定律

电磁学理论是物理体系中的重要组成部分，电场的性质是对处于其中的电荷有力的作用，磁场的本质则是对处于其中的运动电荷有力的作用。因此我们在教学中往往是强调电场、磁场的方向及其中电荷所受的力，而忽视了场作为物质存在的一种普遍形式是具有能量的。如果将自然界的基本规律――能量守恒定律应用到电磁场之中，对一些电磁现象、定律的理解及一些电磁学题目的求解将起到事半功倍的效果。下面我们就一些实例来讨论：

一、应用能量守恒定律验证静电场的电场线不相交

静电场中的电场线是永不闭合的曲线，这一特点叫做静电场的无旋性。静电场的这一特点实际上是和电磁相互作用过程中的能量守恒联系在一起的。如图1所示，假设有一电场线闭合成为一个逆时针方向的圆周，我们就可以以该圆周的大小制作一个圆盘并使其边缘带电，例如带正电，然后将圆盘放在该电场中。由于圆盘上每一个地方受到的电场力都沿着电力线的切线方向，对圆心的力矩都沿着逆时针方向，我们将会发现圆盘会加速转动，动能不断增加。这显然违背了能量守恒定律，因此，静电场的电场线是不能闭合的。

二、应用能量转化和守恒定律推导法拉第电磁感应定律

在现行人教版高中物理课本中，讲到关于法拉第电磁感应定律传统的推导方法时，先是“法拉第在大量精确实验的基础上归纳得出”，直接提出感生电动势的公式E=n ，而后在这个公式的基础上提出动生电动势E=Blv。这样让人较难理解，一是与前面知识结合不紧密，二是对这个公式只能采取死记硬背，效果也不太理想。如果用能量转换和守恒定律来推导一下，可能效果就大不一样。在如图2所示的匀强磁场中，设磁感应强度为B，有一个矩形线框abcd放在这个磁场里，它的平面与磁感应线垂直，导线ab的长度为l，它在与磁感应线垂直的方向上以速度v向右运动。

设导线在t时间内，由原来位置ab移动到位置a′b′，则aa′=vΔt。要使导线ab在切割磁感应线的过程中能产生动生电动势E，即其他形式的能通过导线ab做功转化的电能为：W=qE=EIΔt。而要使导线能以稳定的速度v做切割磁感应线的运动，它必定受到平衡力的作用，就有：F =F 。

则外力对导线ab所做的功为：W=F S=F S=BIlvΔt。根据能量转换和守恒定律：EIΔt=BIlvΔt，所以E=Blv。

三、应用能量守恒定律解释愣次定律

1833年，愣次在总结大量实验的基础上，提出了一个判定电磁感应中感应电流方向的法则，即愣次定律。其内容如下：闭合回路中感应电流I的方向，是要使感应电流在回来所围面积上产生的磁通量，去抵消或反抗引起感应电流的磁通量的变化。

考虑图3所示的那样一个实验，一块条形磁铁穿过一个闭合线圈的过程。图(a)是磁铁向左运动靠近线圈的情况，由愣次定律可判断线圈中感应电流的方向如图所示。图(b)是磁铁已穿过线圈继续向左运动的情况，同样由愣次定律可判断出线圈中感应电流I′的方向如图。

下面我们就从能量守恒的角度来解释上述现象。

在实验中闭合线圈里有感生电流产生，于是线圈中应有能量释放出来，如发出焦耳热。应该考虑一下，这些能量究竟是从哪儿来的？看图(a)，电磁感应在闭合线圈上产生的电流会形成一个磁矩，按右手螺旋法则，磁矩向右，即右边是N极。线圈的N极会排斥磁铁的N极，阻止它的相对运动。因而，要进行电磁感应，磁铁就必须要克服斥力而做功，通过做功，磁铁运动的机械能转化为了电能。同样图(b)的过程中磁铁也要克服引力做功，把机械能转换为电能。可见电磁感应中释放的能量并不是凭空而来的，而是其它能量如机械能转换而来的。如果楞次定律不是感应电流的磁通量去反抗引起感应电流的磁通量的变化，而是支持这种变化，那么上述实验中的一切都会倒过来，那物理学就会天下大乱了。试想在图(a)中，我们只须给磁铁一点很少的启动能量使之向左运动，如果楞次定律反过来，那么磁铁受到的就将是引力而不是斥力，它就会加速通过线圈，然后继续加速向左运动。在左侧安装一个弹性壁使之反弹向左并继续加速，然后反弹加速……这样我们就能在磁铁上获得源源不绝的机械能，在线圈上获得无穷无尽的电能，而我们却没有输入任何能量。可见，楞次定律是能量守恒定律这个自然界的普遍法则在电磁感应中的体现。

四、应用能量守恒定律求解电磁学中的具体题目

我们看下面一道例题：在如图4所示的装置中，当不太长的条形磁铁在闭合线圈内做振动时（）。

A． 振幅会逐渐增大B. 振幅会逐渐减小

C. 振幅不变D. 振幅先减小后增大

这道题目可以由愣次定律判断每一种情况下磁铁的受力方向，综合各种情况得出振幅会逐渐减小的结论，即B选项，但是其过程比较繁琐。下面我们从能量守恒的角度来判断：当磁铁通过线圈时，线圈会产生感应电流，随即产生焦耳热。由能量守恒定律可以判断能量不会凭空产生，此题中焦耳热必然由系统机械能转化而来。当机械能减少时，简谐振动系统的振幅必减小，同样我们判断出正确答案为B选项。从对比中可见，后一种解法条理清晰、简洁明了，解题效率较高。

需要强调的是我们在应用电能、磁能时，应认识到电磁场的能量是储存在场中而不是储存在激发电磁场的电荷中。这一点我们可以简洁地说明如下：现在人类已能探测到一百亿光年以外星体的发光，光是电磁波即变化的电磁场。最初产生电磁场的那些电荷分布现在是否存在我们无从知道，但它产生的电磁场所依然存在，并能携带着能量来启动我们的仪器使我们探测到它的存在，可见能量确实存在于场之中，电能就是电场的能量，磁能也就是磁场的能量。

本文列举了几个应用能量守恒定律处理电磁学问题的实例，强调了电磁场不仅仅是对处于其中的电荷有力的作用，作为物质存在的一种普遍形式具有物质性，自然界中最普遍的一种能量――电磁能的存在就是其物质性的体现。

参考文献：

[1]贾起民，郑永令，陈暨耀.电磁学(第二版).高等教育出版社，2001.

[2]郭奕玲，沈慧君.物理学史.清华大学出版社，1993.

[3]王兴周，赵建芳.教与学整体设计.宁夏人民教育出版社，2007.

[4]袁运开.科学课程标准的特点和我们的认识[J].全球教育展望，2002，（2）.

第7篇：电磁感应及其应用范文

关键词 滤波 ；磁阻； 磁导率；电感量；组合磁芯

中图分类号TM47 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）92-0186-02

0引言

电感器是一种在弱电技术常用的电器元件，电抗器的设计原理主要依据电磁基本理论，设计过程涉及到材料磁特性、磁导率、磁性材料的加工方法、电抗器的结构、磁路的长度、电抗器的工作频率、电流、波形特点、是否含有交流分量、这些都直接影响到电抗器的设计性能。

输出滤波电抗器是开关电源的主要元件之一，它与滤波电容一起组成对整流后的脉冲方波进行平滑滤波，使其成为纹波很小的直流电压。理想的滤波电感应在不同的直流磁化电流通过时，具有一个固定不变的电感值。

滤波电抗器所选用的磁芯材料一般只允许在一定磁场强度下工作，超过该值，则会因磁芯进入饱和而使其电感量明显下降。为了防止磁芯的饱和，我们将要对电抗器的磁心进行重新设计。

目前，在国内的输出滤波电感设计中，设计师们无不例外都根据滤波电感功率的大小选择铁氧体、MPP磁芯、或者ED、CD型磁芯等单一的铁芯。在这里，将介绍一种组合磁芯电抗器对开关电源滤波的应用，所采用的磁芯为块状的铁氧体和铁硅铝合金磁芯，二种不同类型磁芯组合在一起的独特设计，以实现在不切割磁芯，当通过一定的直流磁化电流时，来达到滤波的效果。

铁氧体磁芯具有起始磁导率高和矫顽力低，即容易磁化也极易退磁的特点，在高频使用情况下损耗将比铁粉芯大为改善，并且噪音也会大有改善。铁硅铝合金磁芯初始磁导率低，用它做磁芯柱电抗器将不容易饱和，且线圈所用的匝数较少。综合以上二种磁芯材料的特点，这样，将大大地缩小了直流电抗器的体积，降低了电抗器的噪音，且极大程度的节约了生产成本，

铁硅铝合金磁芯具有低损耗、高直流偏磁场下的磁导率不变的宽恒导特性。但由于其磁导率较低，对要求电感量较大的滤波电抗器来说，如果只选用它做磁芯的话，则要求其尺寸较大，而且线圈所需的匝数也很多，造成直流压降也较大。但是Mn-Zn铁氧体的磁导率可达到K数量级，但在无间隙的情况下，通过直流磁化电流时，铁氧体容易进入饱和状态，使磁导率下降，其电感量随着直流磁化电流的增加而迅速下降。对比以上软磁材料的特性，我们选方形铁氧体磁芯做电抗器的轭铁，圆柱形铁硅铝合金做磁芯柱，使磁芯的特性互补。既保证了滤波电抗器在小的直流磁化电流时，有较大的电感量，同事也确保了在人大的直流磁化电流通过时仍然具有足够的电感量，从而有效地起到平滑滤波的作用，满足其滤波的要求。

3电抗器基本结构

5结论

如果采用单一铁芯设计，我们常用的都是采用单一铁芯，如：CD型硅钢片铁芯。这样线圈绕制匝数都要绕120匝，为了防止饱和，必须在磁芯二端加3mm厚的气隙，增加线圈匝数的同时需要将磁芯体积加大，并且安装时需将铁芯打包，并配有安装底板。由此可见，对于这种类型的滤波电抗器中，采用组合铁芯相比于单一铁心做滤波电抗器，不仅可以降低材料成本，而且体积也将缩小，损耗和直流电阻都会减小，以及减小漏磁场对开关电源的影响等优点。

本新型设计提供了一种造价低、性能好、应用方便灵活的组合磁芯式大功率高频电抗器，从而促进电子电力设备的普及应用。

参考文献

[1][美]COLONEL WM.T.MCLYMAN.龚绍文译.变压器与电感器设计手册（第三册）.

[2]亨利 海特维西.李远译.电感计算，国防工业出版社， 1954.

第8篇：电磁感应及其应用范文

为了让大家更深入的理解楞次定律，我们在这里分别对楞次定律在具体事例里面的运用的情况进行说明，即感应电流的磁场总是阻碍原磁通量的变化；阻碍（导体的）相对运动；阻碍原电流的变化。

在物理学中，感应电流产生的感应电场与感应电动势有这样的规律，即电磁感应强度发生变化时，在磁场所在处及周围的空间范围内，将激发感应电场。电场中的感应电流具有如下的特点，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，这就是楞次定律的内容。

在这里有必要将感应电厂与静电场做一个比较，感应电场不同于静电场：首先它不是电荷激发的，而是由变化的磁场所激发；其次它的电场线是闭合的，没有起止点。（而静电场的电场线是从正电荷出发终止于负电荷）；最后它对电荷的作用力不是保守力。

从磁通量变化的角度来看，感应电流的效果总是要使感应电流的磁场来阻碍引起感应电流的磁通量（原磁通量）的变化。即原磁通量增加，则感应电流的磁场方向与原磁场方向相反。“增反”原磁通量减弱，则感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。

根据这一定律，当闭合回路在变化的磁场区域时，虽然空间也存在感应电场，但为什么整个闭合回路的感应电动势却为零？一段导体放置在变化的磁场中，没有形成闭合电路，如何运用法拉弟电磁感应定律来理解它产生的感应电动势？感应电动势的大小、方向如何确定？对这些问题的解答成为我的这篇文章的主要问题。

1.阻碍磁通量的变化，表现为磁场中有效面积的变化。

楞次定律中“阻碍”的实质是“迟滞”、“延缓”，这种效果往往表现在物体的运动会引起回路有效面积的变化，从而阻碍磁通量变化，其具体情形又有下面两种情形。

（1）只有单一方向的磁感线。

例1.在水平面上有光滑固定导轨m、n水平放置，两根相同的导体棒P、Q平行放置在导轨上，形成闭合回路，当一条形磁铁从高处由静止开始下落到接近回路的过程中有（设P、Q间作用力可忽略）（ ）

A.P、Q将相互靠拢

B.P、Q将相互远离

C.P、Q都静止不动

D.磁铁做自由落体运动

解析：本题回路中只有单一方向的磁感线，在磁铁从高处下落的过程中，回路中的磁通量增大，此时“阻碍”表现为回路的面积要减小，故P、Q将相互靠拢，选择A，因回路与磁铁间有相互作用力，磁铁不可能做自由落体运动。正确答案A。

（2）有正反两方向的磁感线。

例2.如图所示，a是一水平放置的通电的螺线管，b是套在螺线管外的一金属弹簧圈，两者同轴放置，弹簧圈比螺线管很粗，当螺线管中有变大的电流时会引起弹簧圈的一些变化，以下说法正确的有（ ）

A.弹簧圈会变粗

B.弹簧圈会变细

C.需要根据a中电流的方向才能确定

D.当a中电流的大小不变时，弹簧圈的粗细不会发生变化

解析：本题中是螺线管a产生的磁感线穿过弹簧圈b，但有两个相反方向的磁感线穿过弹簧圈b，其左侧视图如下，当a中电流变大时，弹簧圈的磁通量增大，此时“阻碍”表现为弹簧圈的面积要增大，故本题选择AD。

2.阻碍磁场与产生感应电流的物体之间的相对运动。

电磁感应现象从本质上看，其实也是物质间相互作用，能量转移的一种反应，“阻碍”的实质是相互作用的一种体现，没有“阻碍”也就意味着没有相互作用，也就意味着没有发生电磁感应现象，其具体又有。

（1）“阻碍”表现为“迎合”或“躲闪”的现象。

例3.在一水平固定的光滑绝缘杆上套有a、b、c三个相同的金属圆环，在环的轴线方向上套有一通电的螺线管，螺线管的内径比金属圆环小得多，螺线管与电源及滑性变阻器组成如图所示的电路，a、b在螺线管两端，c在螺线管正中央，各金属环可在光滑绝缘杆上自由移动，现将滑性变阻器的触片P向左移动，我们会看到（ ）

A.a向左运动，b向右运动、c不动

B.a向右运动，b向左运动、c不动

C.a、b、c都向左运动

D.a、b、c都向右运动

解析：本题中螺线管产生的磁感线穿过金属圆环，圆环越靠近螺线管两端，磁通量越小，中间位置磁通量最大，当P向左移动时，电流变大，螺线管产生的磁场变强，此时“阻碍”表现为a、b向两侧“躲闪”， c不动，但c有扩张现象。本题选择A。

（2）“阻碍”体现为“来拒去留”或“近斥远吸”效果。

例4.两个闭合的轻质金属圆环，穿在同一绝缘杆上，当条形磁铁靠近圆环时，两环的运动是（ ）

A.同时向右运动，两环距离增大

B.同时向右运动，两环距离减小

C.同时向左运动，两环距离减小

D.因未告诉磁铁的南北极，故无法确定

解析：本题中当磁铁向两金属圆环靠近时，此时的“阻碍”体现为阻碍两者间的相对运动，其效果体现为““来拒去留”或“近斥远吸”，由此知当条形磁铁靠近圆环时，“阻碍”体现为磁铁对两环向左的推斥力，由于两环的电流是同向的，两环的作用表现为吸引，故本题选择C。

3.“阻碍”表现为感应电流与电路中原电流的方向，又存在互感现象。

例5.如图下所示，圆形线圈P静止在水平桌面上，其正上方用绝缘细线悬挂一相同的线圈Q，P和Q共轴，Q中通有变化的电流，电流随时间变化的规律如右图，P所受的重力为G，桌面对P的支持离为FN，则（ ）

A.t1时刻，FN>G

B.t2时刻，FN>G

C.t3时刻，FN

D.t4时刻，FN=G

解析：在这类问题中，“阻碍”体现为感应电流与电路中原电流的方向满足“增反减同”。即当Q中电流变大时，P中电流与Q中电流反向，表现为斥力，当Q中电流变小时，P中电流与Q中电流同向，表现为引力。本题选择AD。

感应电场，如图所示，有一半径为R的圆形区域内存在匀强磁场，此匀强磁场的磁感强度B以（T/S）（c 为常量）的变化率均匀增大。有一长为2R的金属棒，一半放置在磁场中，A端和中点C恰好在磁场边界上。求金属棒AB的感应电动势大小和方向。

分析和解：由前文所述，变化的磁场内、外区域均存在感应电场，如图12所示，感应电场强度方向与金属棒不垂直，各处的感应电场强度沿棒方向的分量，促使金属棒中的自由电子作定向移动，从而产生感应电动势。由于感应电场强度沿棒的分量由AB，所以自由电子将向A端移动，形成B端电势高，A端电势低的感应电动势，故感应电动势方向为AB。

感应电动势大小，可以由法拉弟电磁感应定律求得，设想另加两根金属棒OA、OB，构成闭合回路OAB，由于OA、OB上各点的感应电场强度方向与棒垂直，所以OA、OB棒不产生感应电动势，整个闭合回路OAB的感应电动势就是AB棒的感应电动势。所以金属棒AB上的感应电动势为：

。

“楞次定律”是能量转化和守恒定律在电磁运动中的体现，符合能量守恒定律，感应电流的磁场阻碍引起感应电流的原磁场的磁通量的变化，因此，为了维持原磁场磁通量的变化，就必须有动力作用，这种动力克服感应电流的磁场的阻碍作用做功，将其他形式的能转变为感应电流的电能，所以“楞次定律”中的阻碍过程，实质上就是能量转化的过程。

学习“楞次定律”之前所学的“电场”和“磁场”只是局限于“静态场”考虑，而“楞次定律”所涉及的是变化的磁场与感应电流的磁场之间的相互关系，是一种“动态场”，并且“静到动”是一个大的飞跃，所以学生理解起来要困难一些。

第9篇：电磁感应及其应用范文

关键字：磁场；测量技术；发展；应用

中图分类号：O4-34 文献标识码：A 文章编号：

磁场的应用范围在不断地拓展，在低温的工作环境下，为了能够准确地测量内磁场、强磁场以及超强磁场，微弱磁场和弱磁场，不均匀磁场与间隙磁场，必须探索和运用新的工艺、新的材料和新的效应及现象，进一步地提升测量仪器的工作水平、更新和完善磁场测量仪器，让它具有高稳定性、高准确性和高分辨率，争取朝着智能化、数字化和微小型化的方向来发展。

磁力法

所谓磁力法就是通过现场磁化物体的利用或者是一种机械力来进行磁场的

测量，这是一种非常经典的方法，并且应用得非常普遍。古老的测量方法都是将磁力作为基本的原理，虽然该方法非常古老，但是经过不断地发展和继承，目前为止，它还会被用于古地磁、磁法勘探以及地磁场的测量之中。

还有一种测量磁场的仪器，它是按照磁力法的基本原理而制成的。该类仪器可以分成电动式和磁强计式两种。小磁针具有可动性，其与被测量的磁场之间会相互作用，让磁针发生偏转从而构成一种测量仪器。该方法被习惯性地称之为“磁强计”。该磁强针能够将磁场测量归结成对磁针运动时振荡周期的测量，同时也可以称为是对偏转角的测量。通过强磁针的运用可以有效地测量各种磁场，比如经常变化的磁场、均匀或者非均匀的磁场。它的分辨力可以达到标准之上。目前，电动法进行磁场测量的仪器已经被磁强计替代。

比较常见的磁强计有三种。包括磁变仪、无定向的磁强计以及有定向的磁强计。所谓定向的磁强计就是将偏转磁针和固定磁针的位置进行分布，通过磁场和磁针间的互相作用来相对或者绝对的测量磁场。因为绝对测量需要依据磁针的震荡周期确定磁场，在具体的测量实施中会非常复杂，当前该种磁强计很少使用。为了能够对均匀磁场进行测量，普遍采用的都是相对的测量法。

定向的磁强计特别容易受到环境磁场和地磁场变化的干扰，所以其应用的范围会受到很大的局限。然而对于无定向的磁强计而言很明显就克服了这些缺点，让磁强计有了进一步的发展。就不均匀磁场而言，无定向的磁强计是非常灵敏的，所以它的使用空间非常广泛。可以用来测量磁化率和磁化的强度、不均匀磁场，针对弱磁性的物质，它还可以进行磁矩的测量等。无定向的磁强计属于经典的测量仪器，它的灵敏度能够测量弱磁性物质的磁化率。

可是以上一些磁强计无法在较大范围内工作，一般其工作范围都控制在几赫兹范围之内，为了能够测量处于变化中的磁场，所需要用到的磁强计必须具有特殊结构，即磁变仪。它的工作原理是悬挂的磁针在受到磁场的作用下发生偏转。和其它有所不同的是，该磁针会受到变化磁场和恒定磁场的共同作用和影响。

电磁感应法

所谓电磁感应法就是一种进行磁场测量的方法，它的应用范围非常广泛。近年来，该方法被应用于电子积分器中，其磁场的测量范围也开始扩大，测量的准确度也随之有了大幅度地提升。电磁感应法中，磁强计将探测线圈当作传感器，其灵敏度主要由铁心材料的匝数、线圈面积和磁导率来决定。依据探测线圈与感应强度之间的变化关系，其电磁感应法能够分为很多种，主要包括旋转线圈、固定线圈法、振动线圈法以及旋转线圈法等。

固定线圈法一般用于对交变磁场的测量，同时它还可以进行恒定磁场的测量。因为探测的线圈不动，磁场的变化直接引起了感应电动势。感应电动势在仪表的选择上会有所不同，一般固定线圈法又可以分为伏特表法和冲击法。冲击法主要是为了能够对恒定磁场进行测量。而伏特表法则大部分用于对高频磁场的测量。

抛移线圈法一般测量磁感应强度。当然，主要针对的是恒定磁场的测量。如果将探测线圈从磁场处迅速转移到无磁场处时，在积分值上，感应动势力将和线圈处的磁感应强度成正相关。按照测量电路的不一样，其用于测量感应电动时的机器有很多。比如频率转换器、电子积分器、磁通表、检流计等。测量的方法一般都需要按照测量的装置或者仪器来命名。

振动线圈法和旋转线圈法是对电磁感应法的应用，其主要是为了对恒定磁场进行测量。

磁饱和法

实质上，磁饱和法主要是以词调制为基本原理的。该种方法一般用于对缓慢变化和恒定的磁场进行次梁。测量电路如果有所改变，也可以用于测量低频的交变磁场。一般磁饱和法分为两种类型，谐波非选择法以及谐波选择法。所谓谐波选择法即对感应电动势的二次谐波进行考虑，过滤掉其它谐波。如果将其再细分则可以分为偶次和二次谐波选择法。磁饱和法中，谐波非选择法主要可以分为时间比例的输出法和幅度比例的输出法。

自二十世纪三十年代以来，磁饱和磁强计就被用来测量地磁，而且一直都在不断地完善和发展，当前它还是测量磁场的仪器之一。磁强计具有很高的分辨力，就弱磁场的测量而言，其所测量的范围比较宽，而且简易、可靠，价廉、耐用，可以对磁场中的三个分量进行直接性的测量。它适合被利用在高速运动的系统中。所以，它被广泛地运用到了各个领域之中。比如空间磁场测量、武器侦查、地磁研究、材料无损探伤以及地质勘探等领域。在宇航工程中，磁强计也有非常重要的应用。例如，它可以进行火箭姿态和人造卫星的控制，还能够测量带电粒子和太阳风互相作用后的行星磁场、空间磁场、行星际磁场和空间磁场等。

电磁效应法

霍尔效应法

当外磁场垂直于经过金属和半导体的电流的时候，产生电动势现象就是霍尔

效应。霍尔效应首次被发现是在1879年，它是在金属中被发现的。霍尔效应在金属中的表现非常微弱，所以一直都没有得到广泛的运用。半导体技术在不断地发展，半导体材料中的霍尔效应非常明显，所以在磁场测量中，霍尔效应的应用也的得到了很大的发展。

磁阻效应法

半导体材料或金属在磁场中会存在着电阻随着磁场的增加而上升的现象，该

种现象被称为磁阻效应。磁阻即因为外磁场变化而导致的电阻变化。在纵向和横向磁场中都能够观察到磁阻效应。通过这一效应的利用，能够很方便地测量磁场。

结束语

磁强计目前仍然广泛地存在于很多领域中，但是不可避免的渐渐开始被一些其它的磁强计取代。随着科学技术的发展，各种新工艺、新技术层出不穷，测量磁场的方法也是越来越多。为了能够更加精确地测量磁场，测量方法的研究已成为现阶段磁场研究的重点所在。

总而言之，新工艺和新材料的大量出现使得一些先进的测量仪器和测量技术开始被应用到各个领域之中。磁场测量技术重在智能化、数字化、高稳定度和高准确度。新技术的开发必将满足这些要求，为磁场的测量工作做贡献。

参考文献

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[2]陈杰,王长龙,梁四洋,吕建红,马晓琳.二维回归分析法在电磁辐射测量误差中的应用[J].仪表技术,2010(2)

[3]马益平,朱尤省,郑茂盛.小间隙磁场测量的外推方法[J].电子测试,2011(11)