电磁波相关论文题目怎么写高中数学
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我国是用文字记载磁现象最早的国家之一。公元前4世纪战国时期成书的《管子》中已有“上有慈石者下有铜金”的描述。这是有关磁石和磁性矿的最早记载。公元前3世纪的《吕氏春秋》中所写的“慈石召铁,或引之也”,描述了磁石吸铁现象。磁现象的应用,在我国古代后魏的《水经注》等书中,就提到秦始皇为了防备刺客行刺,曾用磁石建造阿房宫的北阀门,以阻止身带刀剑的刺客入内。医书上还谈到用磁石吸铁的作用,来治疗吞针,但磁现象早期应用方面,最光辉的成就是指南针的发明和应用,这也是我国对人类所做出的巨大贡献。 我国战国时期就发现了磁体的指南性。最早指南的磁石是一种勺状的,叫司南,它的灵敏度虽很低,但却给人以启示:有一种地磁存在,磁石可以指向。到北宋时期,制成新的指向仪器——指南鱼。在曾公亮的《武经总要》中详细记载了指南鱼的制造过程。这里有个重大突破,就是采用了磁化的方法,使鱼形铁磁化后,成一个指向仪器。此后,指南针的制造和安装方法在北宋沈括的《梦溪笔谈》中已有明确记载。不久指南针与方位盘结合起来成了罗盘,为航海提供了方便而可靠的指向仪器。后来,我国指南针传入欧洲。到16世纪,欧洲出现了航海罗盘。指南针的发明,推动了航海事业的发展,也为研究地磁三要素创造了条件。 英国人吉尔伯特在磁的研究方面做出了突出贡献。他的著作《论磁》是人们对磁现象系统研究开始的标志,书是1600年出版的。书中记录了吉尔伯特研究磁现象时所做的各种仪器,及实验过程,也记录了他从实验中所得到的结论。他从磁性“小地球”实验中,根据磁针的排列与指向,提出地球本身是一个大磁体,两极位于地理的北、南两极附近;提出了磁子午线概念;吉尔伯特还说明了磁偏角及地磁倾角的测定方法;铁的磁化及去磁概念;定性的研究磁石的吸引与推斥。这都为磁的进一步研究开拓了道路。 到18世纪,在磁的研究方面有了新进展。法国物理学家库仑在磁的研究方面也做出突出贡献。他参加了法国科学院为设计指向力强、抗干扰性能好的指南针而举行的竞赛活动,并提出丝悬指南针的设想,得到磁学奖,在此基础上制成了库仑扭秤。在建立了电荷相互作用的库仑定律同时,得到了磁力的相互作用定律,可以说库仑是静电、静磁学的第一位奠基人。此后,法国数学家、物理学家泊松,在库仑的基础上,提出了磁体间的相互作用的势函数积分方程,把磁的研究发展到定量阶段,但这时电与磁还是分别平行、独立地进行着研究。 丹麦物理学家奥斯特1820年发现了电流的磁效应,在当时的科学界引起巨大的反响和重视,科学家纷纷转向在这方面的讨论和研究,推动了整个电磁学的发展。安培由电流磁效应想到:既然磁体之间有相互作用,电流与磁体间也有作用,那么两个载流导体之间也一定存在着相互作用。他通过一系列实验,找到了电流间相互作用的实验根据,进行了定量研究,于1820年12月4日向科学院提交了一篇论文,提出计算两个电流线元间作用力的公式——安培定律表达式。到1821年初,安培又进一步提出磁性起源的假说,这就是历史上有名的分子电流假说。 安培发现的载流导体间的相互作用,仅在奥斯特发现电流磁效应后的第7天。新的发现的浪潮冲击着整个欧洲。法拉第在新的发现面前,重做了已有的实验,并提出新的研究课题——既然电可以产生磁,为什么磁不可以产生电呢?他开始了磁生电的研究。经过10年的艰苦努力,在大量实验的基础上,发现了电磁感应现象及其所遵循的规律。 电磁感应现象的发现是具有划时代意义的,法拉第把电与磁长期分立的两种现象最后联结在一起,揭露出电与磁的本质的联系,找到了机械能与电能之间的转化方法。在理论上,为建立电磁场的理论体系打下了基础;在实践上,开创了电气化时代的新纪元。 法拉第发现电磁感应现象之后,解释了法国科学家阿拉果所做的被称之为“神密”的实验——悬挂着的磁体下方放一个可自由转动的圆铜盘,当盘转动时,磁体会转动;反之,磁体转动时铜盘也会转动。法拉第提出磁感线(磁力线)的概念,并第一次绘制了磁感线图。他认为磁感线是代表实在的物质实体;每根磁感线都对应一对磁极。后来又把有磁感线的空间称为“场”。麦克斯韦是英国著名的物理学家,他发展了法拉第的“力线——场”的思想,并把它数学化,提出了描述电磁场运动规律的方程组,预言了电磁波的存在。 德国物理学家赫兹通过实验,令人信服地证明了电磁波的存在。这不仅验证了麦克斯韦电磁场理论的正确,也为无线电技术的建立与发展奠定了基础。 爱因斯坦1905年建立的狭义相对论,第一次把两种自然力——电力与磁力统一起来。近代随着电子计算机的发明,新的磁性材料不断涌现出来。人类的科学技术及物质生产活动与电与磁已密不可分,但对磁的探索永无止境。随着新的磁现象的发现,磁的更深刻的本质的揭露,磁的应用也将展现出新的局面。为磁的发展史续写新的篇章。
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当人们使用手机时,手机会向发射基站传送无线电波,而无线电波或多或少地会被人体吸收,这些电波就是手机辐射。 一般来说,手机待机时辐射较小,通话时辐射大一些,而在手机号码已经拨出而尚未接通时,辐射最大,辐射量是待机时的3倍左右。这些辐射有可能改变人体组织,对人体健康造成不利影响。 别放枕头边 据中国室内装饰协会室内环境监测工作委员会的赵玉峰教授介绍,手机辐射对人的头部危害较大,它会对人的中枢神经系统造成机能性障碍,引起头痛、头昏、失眠、多梦和脱发等症状,有的人面部还会有刺激感。在美国和日本,已有不少怀疑因手机辐射而导致脑瘤的案例。去年7月,美国马里兰州一名患脑癌的男子认为使用手机使他患上了癌症,于是对手机制造商提起了诉讼。因此,人们在接电话时最好先把手机拿到离身体较远的距离接通,然后再放到耳边通话。此外,尽量不要用手机聊天,睡觉时也注意不要把手机放在枕头边。 莫挂在胸前 许多女孩子喜欢把手机挂在胸前,但是研究表明,手机挂在胸前,会对心脏和内分泌系统产生一定影响。即使在辐射较小的待机状态下,手机周围的电磁波辐射也会对人体造成伤害。心脏功能不全、心律不齐的人尤其要注意不能把手机挂在胸前。有专家认为,电磁辐射还会影响内分泌功能,导致女性月经失调。另外,电磁波辐射还会影响正常的细胞代谢,造成体内钾、钙、钠等金属离子紊乱。 手机中一般装有屏蔽设备,可减少辐射对人体的伤害,含铝、铅等重金属的屏蔽设备防护效果较好。但女性为了美观,往往会选择小巧的手机,这种手机的防护功能有可能不够完善,因此,女性朋友最好不要把手机挂在胸前。 放在裤袋会杀精 据6月28日英国《泰晤士报》报道,匈牙利科学家发现,经常携带和使用手机的男性的精子数目可减少多达30%。有医学专家指出,手机若常挂在人体的腰部或腹部旁,其收发信号时产生的电磁波将辐射到人体内的精子或卵子,这可能会影响使用者的生育机能。英国的实验报告指出,老鼠被手机微波辐射5分钟,就会产生DNA病变;人类的精、卵子长时间受到手机微波辐射,也有可能产生DNA病变。 专家建议手机使用者尽量让手机远离腰、腹部,不要将手机挂在腰上或放在大衣口袋里。有些男性把手机塞在裤子口袋内,这对精子威胁最大,因为裤子的口袋就在睾丸旁边。当使用者在办公室、家中或车上时,最好把手机摆在一边。外出时可以把手机放在皮包里,这样离身体较远。使用耳机来接听手机也能有效减少手机辐射的影响。手机辐射与脑瘤的关系 目前,中国的手机拥有量已达1亿多部,据预测,2002年以后,中国的手机拥有总量将会超过美国。 但是,同世界上任何一个国家一样,如此钟爱手机的中国人对于手机会给自己带来怎样的健康隐患并没有足够的心理准备,或者说,没有人愿意正视这一严肃的问题。 罕见脑瘤疑为手机辐射所致 在解放军304医院的神经外科病房,笔者见到了一位脑瘤患者。该院神经外科主任医师、首都脑胶质瘤治疗中心李安民教授称,这位患者患了一种罕见的恶性脑瘤———学名“脑胶质瘤”———被怀疑是由于长期的手机辐射引起的。 在304医院李教授的办公室里,他向笔者做了具体介绍。李说,患者是一位40多岁的机关干部,使用手机的历史已有8年,而且使用频率很高,平时习惯用左手接听手机。大约一年前患者感觉记忆力不好、头晕、头疼。经过检查,在患者的大脑左半球顶叶发现了一个鹅蛋大小的脑胶质瘤。 李教授还说,除此之外,普通的胶质瘤呈团块状,像月亮一样边界清晰;这名患者的瘤子呈弥散型,界限不清楚,如同大米里掺了沙子。李教授由此推断:“这有很大可能由手机辐射引起的脑胶质瘤。” 为了更清晰地说明病因,李教授从桌子上拿起一个头盖骨标本指给笔者看:“患者肿瘤生长的部位恰恰是手机天线电磁波辐射最集中的区域,而通常情况下,脑胶质瘤很少会发生在这个部位。”这一脑瘤混合体 不能进行手术切除,治疗的难度比普通的脑瘤大得多。刚来304医院时,患者已经下不来床,说话也很困难。运用化疗等办法,经过近1年时间的治疗,病人目前已经大有好转,但能否治愈还很难说。 “辐射等于把脑子煮熟了” 英国学者曾经做过一个试验,把手机放到线虫的抚育箱里,手机发出的电磁辐射作用一段时间后他们发现,线虫就像用水煮过一样。李教授说:“尽管颅骨可以屏蔽一部分微波,但电磁辐射的穿透力很强,微波穿透颅骨后作用于脑子,等于把脑子煮熟了。” 有关研究证实,使用手机时,会有40%至60%的辐射量直接渗透到脑部一寸到一寸半的深度,而且手机辐射会不停地在脑子里累积。 李教授简单介绍了手机辐射可能致脑瘤的发病过程:脑细胞由神经元细胞和神经胶质细胞组成,神经元细胞受到辐射加热会死亡,这时胶质细胞就会增殖。增殖出来的胶质细胞如果有一部分属于异常,那部分就是癌变。 上大学的时候,李安民教授实习的地方在这个城市的电视发射塔下面。当时全年级200多名学生中很多人夜里睡不着觉,一脱离那个环境就恢复了正常,大家都觉得这事挺邪门儿。 电视塔会对周围环境产生电磁辐射,只是在辐射量上不同罢了。李教授通俗地解释说:“晚上,人的脑细胞本来是安静的,可有个东西老在不停地摇它,人就肯定睡不着。” 手机辐射到底会不会引发脑瘤?手机电磁辐射的危害有多大? 长期从事电磁辐射研究的王生教授认为,目前国际上还没有一个科学的方法能证明脑瘤是由于电磁辐射引起的,但电磁辐射如果超过一定强度、持续一定时间就对人体有害,这是国际上公认的。 中国预防医学科学院环境卫生监测所的研究人员,曾对100多名公司职员进行调查,发现使用手机能引起神经方面的不良反应。比如要求手机使用者和不使用者同时按按纽,测试他们的反应情况,使用手机的人比不使用的人动作需要的平均反应时间延长,与此同时,反应正确的次数则要少。 该监测所所做的一项“移动电话手机对健康的影响调查”进一步表明,长期使用手机会引起胸闷、恶心、食欲减退等不良反应,同时对睡眠质量有不良影响,每天使用时间过长会引起多梦,并可能导致失眠。 国内外的很多报道认为,手机电磁辐射引起的普遍现象是神经衰弱,症状主要有头痛、头晕、记忆力减退、注意力不集中等。 手机挂腰间 将导致不孕?! 近4年来,吴丽惠在和平医院主持不孕病症门诊观察发现,患者几乎都有使用手机的习惯。她建议手机使用者,尽量让手机远离腰、腹部,如不要将手机挂在胸前、挂在腰上或塞在大衣口袋里。有些男性会把手机塞在裤子口袋内,而这对精子威胁最大,因为裤子的口袋就在睾丸旁边。不管是在办公室、家中或车上,手机最好摆在一旁,按下接听键后也不要马上接听,应稍等1、2秒后再接听。 吴丽惠表示,手机对人体的伤害虽不易测量,但目前不断有手机危害人体的报告及论文出现。英国的实验报告指出,老鼠被手机微波辐射5分钟,就会产生DNA病变;人类的精、卵子如长时间受到手机微波辐射,也不排除产生DNA病变的可能,并因此影响生育机能。 手机辐射:比想象中的可怕 三九健康网 和讯 一项最新研究显示,手机释放的电磁辐射对脑细胞的影响比以往估计高出两成。 据新华社报道,研究由西班牙马德里孔普卢滕塞大学应用物理学系进行,负责人塞巴斯蒂安教授指出,现有方法得出的数据,低估了辐射对人体组织的影响,因为一般用于量度电磁辐射SAR指数的模型是圆形,与真实的人类细胞不同。 这次实验证明,使用与实际形状跟人类细胞较相似的模型、如圆筒形和榄球形细胞模型时,电磁场的强度会较高。 研究人员分别透过圆筒形、榄球形和圆球形细胞模型,来测量手机造成的电磁场强度。结果显示,圆筒形和榄球形模型内的电磁场强度,高于圆球形模型一成半至两成。 塞巴斯蒂安说:“既然电磁场的强度较预期大,对健康的影响也会相应提高。我们估计,电磁辐射的遗害会不断累积,在十至十五年后,很可能出现更多因手机普及而导致的癌症个案。” 用手机患眼癌机会率高三倍 别对手机危害置之不理 一千个人眼中有一千个哈姆雷特。日前,本报转发了一幅新华社图片。画面中一个四五岁的小男孩正打手机,其原意是表现上海手机已经接近普及。但是来自佳木斯大学物理学教授谢宜臣先生却为此专门赶到报社。谢教授称,当心手机辐射,尤其是孩子。 谢教授认为,目前关于手机辐射危害的争议,其实仅仅是量的讨论,而不是有没有的问题。谢教授称,有些媒体为了追求与众不同曾片面报道“打手机对健康无损”,这是不负责任的。 人们正是根据微波的致热效应,发明了微波炉。有人会理直气壮地说:“没看见谁的大脑被手机微波烤熟呀!” 谢教授解释说,这是由于功率的不同,然而由于手机在使用时紧贴头部,发射的微波非常集中,因此反复长时间地使用手机,必将引起局部病变。关于手机辐射引发眼癌、脑癌的报道屡见不鲜,值得一提的事,最新一期的欧洲防癌杂志发表了专家对1617名脑癌症患者的研究报告,长期使用手机的人患眼癌的机会比不用的人患脑癌的几率高出80%。 更有人可能会说:“我都用了这么多年手机了,什么事都没有。”对此伦敦大学研究人类大脑神经细胞的科学家盖布尔指出,手机致癌有一个很长的潜伏期,人们很难一下子看到它的危害,致使许多人对使用手机的危害置若罔闻。 大量的科学研究结果表明,微波能量转化为非致热效应的那部分能量对人体危害更为严重。英国的实验报告指出,老鼠以手机微波照射五分钟就会产生DNA病变,对人类的危害可想而知。 鉴于手机辐射对人体造成危害的共识,世界各国均对手机辐射制定了安全标准,英国政府明令禁止16岁以下未成年人使用手机;日本政府规定出售手机必须连同手机防辐射装置一同出售等等。
1)连接球心和木块与球的接触点,则木块和球之间的弹力T沿此方向,设与水平面夹角θTsinθ=G1T=G1/sinθF=Tcosθ=G1ctgθ因为ctgθ=[R^2-(R-h)^2]^5/(R-h)=(2Rh-h^2)^5/(R-h)所以F=G1(2Rh-h^2)^5/(R-h)F压=N=G2+Tsinθ=G2+G1第二问还能整体分析F与墙面的支持力平衡,地面对木块的支持力与总重平衡--------------------------------------------------------------------------------3q~ 没有细看第一问,只想补充一下,直角三角形斜边是R,竖起那条边长(R-h),F在竖直方向上的分力大小等于球重,可求F。此外,第二问应当直接用上面同学说的第二个办法,你没那么多时间,分析可得N=G1+G2。
电磁场与电磁波的论文根据要求选用恰当的排列格式。
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电磁波的论文我指点的,你先按想要的。
现在理论物理中的电磁作用理论基础是麦克斯维的电磁变换理论。这个理论可表述为:任意在空间随时间变化的电场可以激发出磁场,而在空间任意随时间变化的磁场也可以激发出电场。这个目前也是光在空间传播的理论基础。对于麦克斯维的电磁变换理论基础本身我认为他使用了这样一个物理或者说是数学模型:一个量的变化引起或者转化为了另一个不同性质的量。使用这样的模型建立一个物理方面的基础理论我认为是不完善或者说是仍然不够本质的。我的理由有两点。第一,一个量的变化引起了或者转化为了另一个不同性质的量应该是有条件的;第二,一个量的变化引起了或者转化为了另一个不同性质的量一定是有一个过程的。而他的电磁变换理论是无条件也无过程的,至少到如今仍然没有,也是无法给出的。或许有人认为这个无条件无过程的理论假设正是电磁原理中不可再深讨的本质基础,那么事实上我更愿意从更为经典的物理角度来建立一个理论并由此来分析现有的几种主要电磁作用原理的本质过程。事实上我就这样建立了一个我认为很好的理论。我在此申明我认为不能够说麦克斯维电磁变换定理是完全正确或错误,而应该说这个理论对于物理而言达到了一个怎样的本质程度。而我所建立的理论的目的是解释电磁作用更为具体的本质过程。对于迈克斯维电磁定理的那些方程我毫不怀疑它们的正确性,毕竟它们的应用是如此的成功。已经是相当成熟的理论了。而我的理论作用是电磁作用过程的具体化,这与麦克斯维理论本身是没有矛盾的。但这并不代表我的理论及解释工作没必要、没有意义。相反它的意义是非常大的。我认为数学和物理是有着本质上的差别的。他的理论可以说是限于数学上的,对于物理而言仍然是不够本质的。迈克斯维电磁定理的建立更多的是从数学入手并结合物理客观实际而得出的。所以它的实际应用性很强。但反过来对于物理本身而言它是有明显缺陷的。首先由于它的研究方法直接导致了一个问题。那就是将电磁力这个力的作用特殊化了。不光如此,从他的理论我们无法看到物质作用的具体而形象的过程,就是像牛顿力学那样的或者其它更为经典的物理过程。千万不要说这些都无所谓。不同性质的力的统一研究是物理学永远的目标。这些研究更不能只停留在数学层面上。一直以来物理学家试图尽量用原有的经典理论来解释新的物理现象和理论并不是没有道理的。所有物理学理论都应有着本质上的相同。这是对于物理学本身的发展而言的。或许你认为那对应用物理的发展没多大用处,那也是错误的想法。物理学无论本质发展还是数学相关的应用发展都需要物理理论本质性的统一。找到了这些统一性我们就才能接近物理真理。实际的物理应用也才会随之而来。过多的从数学入手显然不能达到这一目标。要解决这一问题是必须要从物理本身入手的。看看现在理论物理的发展就知道了。我认为现在的理论物理简直就是掉进了相对论和量子力学的泥潭了。而没有像牛顿力学那样的本质的发展。相对论和量子力学都是物理学家在用旧的经典理论来解释新的物理现象时才产生的新理论。不可否认它们带来的物理学上的进步。但不论这两种理论体系给物理界带来了怎样的活力和希望。但我看见的却是,这些理论的任何一点进步都像是撕开了物理真理的一座座冰山上的一角。这座冰山还没尽入眼前。却又发现了另一座冰山。人们总是不断发现新的冰山。可是却永远无法看到这些冰山的真面目。原因就是他们在建立物理理论的时候忽略了对物理本性的研究探讨。研究方法过于数学化了。这是现代物理学家不可避免要陷入的误区。原因是因为现代数学的发达。现在大家或许能够体会到物理理论统一目标的重要性了。对于这两种理论体系,我认为它们表明物理学界对物理的理解还是存在明显误区的。也就是说这两种理论的形成形态及好坏不光是目前物理学发展的问题。还应是人为的思想上的误区。这里我谈到了物理理论研究目标和入手的根本方法问题。到此为止,目的在于说明我的理论及解释工作的必要性和意义。下面继续我的理论本身。 首先我的理论实际上是从对光的电磁传播相关理论推敲而来。我认为光的波动能量在空间的传播依然需要依靠介质。而这种充满宇宙大部分(并不一定是整个宇宙)的各个角落的物质就是以太,包括原子的原子核,电子,中子,质子等都处于这样的一个环境中。以太物质的称呼和存在假设其实在国外早就提出过。但后来由于迈克逊-莫雷等实验的反面结果而否定。再加上后来麦克斯维电磁理论的发展及成功应用理论物理似乎就彻底抛弃了这个假设。不管现在我再次提出这样的一个假设看起来有多荒谬,我仍然建立了我的理论并以此来解释分析几种主要的电磁作用原理。从结果看我认为这个理论很有前途。相关的论述证明了理论本身的正确性。我认为它还另外揭示了相当重要的东西,能给物理学带来很大的进步。下面正式介绍我的理论的核心内容。 电子绕原子核的空间圆周运动在它所处的以太环境中沿其轨迹留下了一种以太的运动形式。实际上这种运动形式是电子圆周运动作用于以太而形成的,而以太的这种运动形式能反过来作用于电子并使其获得一定的动量。我用图一所示的带有箭头方向的小圈来表示,我将这个小圈叫做流圈。而它就是磁的本质。
电磁波相关论文题目怎么写高中物理
自己上百度找,不过最好自己写,这里有一参考: 摘 要:介绍了电磁学计算方法的研究进展和状态,对几种富有代表性的算法做了介绍,并比较了各自的优势和不足,包括矩量法、有限元法、时域有限差分方法以及复射线方法等。 关键词:矩量法;有限元法;时域有限差分方法;复射线方法 1 引 言 1864年Maxwell在前人的理论(高斯定律、安培定律、法拉第定律和自由磁极不存在)和实验的基础上建立了统一的电磁场理论,并用数学模型揭示了自然界一切宏观电磁现象所遵循的普遍规律,这就是著名的Maxwell方程。在11种可分离变量坐标系求解Maxwell方程组或者其退化形式,最后得到解析解。这种方法可以得到问题的准确解,而且效率也比较高,但是适用范围太窄,只能求解具有规则边界的简单问题。对于不规则形状或者任意形状边界则需要比较高的数学技巧,甚至无法求得解析解。20世纪60年代以来,随着电子计算机技术的发展,一些电磁场的数值计算方法发展起来,并得到广泛地应用,相对于经典电磁理论而言,数值方法受边界形状的约束大为减少,可以解决各种类型的复杂问题。但各种数值计算方法都有优缺点,一个复杂的问题往往难以依靠一种单一方法解决,常需要将多种方法结合起来,互相取长补短,因此混和方法日益受到人们的重视。 本文综述了国内外计算电磁学的发展状况,对常用的电磁计算方法做了分类。 2 电磁场数值方法的分类 电磁学问题的数值求解方法可分为时域和频域2大类。频域技术主要有矩量法、有限差分方法等,频域技术发展得比较早,也比较成熟。时域法主要有时域差分技术。时域法的引入是基于计算效率的考虑,某些问题在时域中讨论起来计算量要小。例如求解目标对冲激脉冲的早期响应时,频域法必须在很大的带宽内进行多次采样计算,然后做傅里叶反变换才能求得解答,计算精度受到采样点的影响。若有非线性部分随时间变化,采用时域法更加直接。另外还有一些高频方法,如GTD,UTD和射线理论。 从求解方程的形式看,可以分为积分方程法(IE)和微分方程法(DE)。IE和DE相比,有如下特点:IE法的求解区域维数比DE法少一维,误差限于求解区域的边界,故精度高;IE法适合求无限域问题,DE法此时会遇到网格截断问题;IE法产生的矩阵是满的,阶数小,DE法所产生的是稀疏矩阵,但阶数大;IE法难以处理非均匀、非线性和时变媒质问题,DE法可直接用于这类问题〔1〕。 3 几种典型方法的介绍 有限元方法是在20世纪40年代被提出,在50年代用于飞机设计。后来这种方法得到发展并被非常广泛地应用于结构分析问题中。目前,作为广泛应用于工程和数学问题的一种通用方法,有限元法已非常著名。 有限元法是以变分原理为基础的一种数值计算方法。其定解问题为: 应用变分原理,把所要求解的边值问题转化为相应的变分问题,利用对区域D的剖分、插值,离散化变分问题为普通多元函数的极值问题,进而得到一组多元的代数方程组,求解代数方程组就可以得到所求边值问题的数值解。一般要经过如下步骤: ①给出与待求边值问题相应的泛函及其变分问题。 ②剖分场域D,并选出相应的插值函数。 ③将变分问题离散化为一种多元函数的极值问题,得到如下一组代数方程组: 其中:Kij为系数(刚度)矩阵;Xi为离散点的插值。 ④选择合适的代数解法解式(2),即可得到待求边值问题的数值解Xi(i=1,2,…,N) (2)矩量法 很多电磁场问题的分析都归结为这样一个算子方程〔2〕: L(f)=g(3)其中:L是线性算子,f是未知的场或其他响应,g是已知的源或激励。 在通常的情况下,这个方程是矢量方程(二维或三维的)。如果f能有方程解出,则是一个精确的解析解,大多数情况下,不能得到f的解析形式,只能通过数值方法进行预估。令f在L的定义域内被展开为某基函数系f1,f2,f3,…,fn的线性组合: 其中:an是展开系数,fn为展开函数或基函数。 对于精确解式(2)通畅是无限项之和,且形成一个基函数的完备集,对近似解,将式 (2)带入式(1),再应用算子L的线性,便可以得到: m=1,2,3,… 此方程组可写成矩阵形式f,以解出f。矩量法就是这样一种将算子方程转化为矩阵方程的一种离散方法。 在电磁散射问题中,散射体的特征尺度与波长之比是一个很重要的参数。他决定了具体应用矩量法的途径。如果目标特征尺度可以与波长比较,则可以采用一般的矩量法;如果目标很大而特征尺度又包括了一个很大的范围,那么就需要选择一个合适的离散方式和离散基函数。受计算机内存和计算速度影响,有些二维和三维问题用矩量法求解是非常困难的,因为计算的存储量通常与N2或者N3成正比(N为离散点数),而且离散后出现病态矩阵也是一个难以解决的问题。这时需要较高的数学技巧,如采用小波展开,选取合适的小波基函数来降维等〔3〕。 (3)时域有限差分方法 时域有限差分(FDTD)是电磁场的一种时域计算方法。传统上电磁场的计算主要是在频域上进行的,这些年以来,时域计算方法也越来越受到重视。他已在很多方面显示出独特的优越性,尤其是在解决有关非均匀介质、任意形状和复杂结构的散射体以及辐射系统的电磁问题中更加突出。FDTD法直接求解依赖时间变量的麦克斯韦旋度方程,利用二阶精度的中心差分近似把旋度方程中的微分算符直接转换为差分形式,这样达到在一定体积内和一段时间上对连续电磁场的数据取样压缩。电场和磁场分量在空间被交叉放置,这样保证在介质边界处切向场分量的连续条件自然得到满足。在笛卡儿坐标系电场和磁场分量在网格单元中的位置是每一磁场分量由4个电场分量包围着,反之亦然。 这种电磁场的空间放置方法符合法拉第定律和安培定律的自然几何结构。因此FDTD算法是计算机在数据存储空间中对连续的实际电磁波的传播过程在时间进程上进行数字模拟。而在每一个网格点上各场分量的新值均仅依赖于该点在同一时间步的值及在该点周围邻近点其他场前半个时间步的值。这正是电磁场的感应原理。这些关系构成FDTD法的基本算式,通过逐个时间步对模拟区域各网格点的计算,在执行到适当的时间步数后,即可获得所需要的结果。 在上述算法中,时间增量Δt和空间增量Δx,Δy和Δz不是相互独立的,他们的取值必须满足一定的关系,以避免数值不稳定。这种不稳定表现为在解显式 差分方程时随着时间步的继续计算结果也将无限制的67增加。为了保证数值稳定性必须满足数值稳定条件: 其中:(对非均匀区域,应选c的最大值)〔4〕。 用差分方法对麦克斯韦方程的数值计算还会在网格中引起所模拟波模的色散,即在FDTD网格中数字波模的传播速度将随波长、在网格中的传播方向以及离散化的情况而改变。这种色散将导致非物理原因引起的脉冲波形的畸变、人为的各向异性及虚拟的绕射等,因此必须考虑数值色散问题。如果在模拟空间中采用大小不同的网格或包含不同的介质区域,这时网格尺寸与波长之比将是位置的函数,在不同网格或介质的交界面处将出现非物理的绕射和反射现象,对此也应该进行定量的研究,以保证正确估计FDTD算法的精度。在开放问题中电磁场将占据无限大空间,而由于计算机内存总是有限的,只能模拟有限空间,因此差分网格在某处必将截断,这就要求在网格截断处不引起波的明显反射,使对外传播的波就像在无限大空间中传播一样。这就是在截断处设置吸收边界条件,使传播到截断处的波被边界吸收而不产生反射,当然不可能达到完全没有反射,目前已创立的一些吸收边界条件可达到精度上的要求,如Mur所导出的吸收边界条件。 (4)复射线方法 复射线是用于求解波场传播和散射问题的一种高频近似方法。他根据几何光学理论和几何绕射理论的分析方法和计算公式,在解析延拓的复空间中求解复射线轨迹和场的振幅和相位,从而直接得出局部不均匀波(凋落波)的传播和散射规律〔5〕。复射线方法是包括复射线追踪、复射线近轴近似、复射线展开以及复绕射线等处理技术在内的一系列处理方法的统称。其共同特点在于:通过将射线参考点坐标延拓到复空间而建立了一个简单而统一的实空间中波束/射线束(Bundle ofrays)分析模型;通过费马原理及其延拓,由基于复射线追踪或复射线近轴近似的处理技术,构造了射线光学架构下有效的鞍点场描述方法等。例如,复射线追踪法将射线光学中使用的射线追踪方法和场强计算公式直接地解析延拓到复空间,利用延拓后的复费马原理进行复射线搜索,从而求出复射线轨迹和复射线场。这一方法的特点在于可以基于射线光学方法有效地描述空间中波束的传播,因此,提供了一类分析波束传播的简便方法。其不足之处是对每一个给定的观察点必须进行一次二维或四维的复射线轨迹搜索,这是一个十分花费时间的计算机迭代过程。 4 几种方法的比较和进展 将有限元法移植到电磁工程领域还是二十世纪六七十年代的事情,他比较新颖。有限元法的优点是适用于具有复杂边界形状或边界条件、含有复杂媒质的定解问题。这种方法的各个环节可以实现标准化,得到通用的计算程序,而且有较高的计算精度。但是这种方法的计算程序复杂冗长,由于他是区域性解法,分割的元素数和节点数较多,导致需要的初始数据复杂繁多,最终得到的方程组的元数很大,这使得计算时间长,而且对计算机本身的存储也提出了要求。对电磁学中的许多问题,有限元产生的是带状(如果适当地给节点编号的话)、稀疏阵(许多矩阵元素是0)。但是单独采用有限元法只能解决开域问题。用有限元法进行数值分析的第一步是对目标的离散,多年来人们一直在研究这个问题,试图找到一种有效、方便的离散方法,但由于电磁场领域的特殊性,这个问题一直没有得到很好的解决。问题的关键在于一方面对复杂的结构,一般的剖分方法难于适用;另一方面,由于剖分的疏密与最终所形成的系数矩阵的存贮量密切相关,因而人们采用了许多方法来减少存储量,如多重网格法,但这些方法的实现较为困难〔6〕。 网格剖分与加密是有限元方法发展的瓶颈之一,采用自适应网格剖分和加密技术相对来说可以较好地解决这一问题。自适应网格剖分根据对场量分布求解后的结果对网格进行增加剖分密度的调整,在网格密集区采用高阶插值函数,以进一步提高精度,在场域分布变化剧烈区域,进行多次加密。 这些年有限元方法的发展日益加快,与其他理论相结合方面也有了新的进展,并取得了相当应用范围的成果,如自适应网格剖分、三维场建模求解、耦合问题、开域问题、高磁性材料及具有磁滞饱和非线性特性介质的处理等,还包括一些尚处于探索阶段的工作,如拟问题、人工智能和专家系统在电磁装置优化设计中的应用、边基有限元法等,这些都使得有限元方法的发展有了质的飞跃。 矩量法将连续方程离散化为代数方程组,既适用于求解微分方程,又适用于求解积分方程。他的求解过程简单,求解步骤统一,应用起来比较方便。然而 77他需要一定的数学技巧,如离散化的程度、基函数与权函数的选取,矩阵求解过程等。另外必须指出的是,矩量法可以达到所需要的精确度,解析部分简单,可计算量很大,即使用高速大容量计算机,计算任务也很繁重。矩量法在天线分析和电磁场散射问题中有比较广泛地应用,已成功用于天线和天线阵的辐射、散射问题、微带和有耗结构分析、非均匀地球上的传播及人体中电磁吸收等。 FDTD用有限差分式替代时域麦克斯韦旋度方程中的微分式,得到关于场分量的有限差分式,针对不同的研究对象,可在不同的坐标系中建模,因而具有这几个优点,容易对复杂媒体建模,通过一次时域分析计算,借助傅里叶变换可以得到整个同带范围内的频率响应;能够实时在现场的空间分布,精确模拟各种辐射体和散射体的辐射特性和散射特性;计算时间短。但是FDTD分析方法由于受到计算机存储容量的限制,其网格空间不能无限制的增加,造成FDTD方法不能适用于较大尺寸,也不能适用于细薄结构的媒质。因为这种细薄结构的最小尺寸比FDTD网格尺寸小很多,若用网格拟和这类细薄结构只能减小网格尺寸,而这必然导致计算机存储容量的加大。因此需要将FDTD与其他技术相结合,目前这种技术正蓬勃发展,如时域积分方程/FDTD方法,FDTD/MOM等。FDTD的应用范围也很广阔,诸如手持机辐射、天线、不同建筑物结构室内的电磁干扰特性研究、微带线等〔7〕。 复射线技术具有物理模型简单、数学处理方便、计算效率高等特点,在复杂目标散射特性分析等应用领域中有重要的研究价值。典型的处理方式是首先将入射平面波离散化为一组波束指向平行的复源点场,通过特定目标情形下的射线追踪、场强计算和叠加各射线场的贡献,可以得到特定观察位置处散射场的高频渐进解。目前已运用复射线分析方法对飞行器天线和天线罩(雷达舱)、(加吸波涂层)翼身结合部和进气道以及涂层的金属平板、角形反射器等典型目标散射特性进行了成功的分析。尽管复射线技术的计算误差可以通过参数调整得到控制,但其本身是一种高频近似计算方法,由于入射波场的离散和只引入鞍点贡献,带来了不可避免的计算误差。总的来说复射线方法在目标电磁散射领域还是具有独特的优势,尤其是对复 杂目标的处理。 5 结 语 电磁学的数值计算方法远远不止以上所举,还有边界元素法、格林函数法等,在具体问题中,应该采用不同的方法,而不应拘泥于这些方法,还可以把这些方法加以综合应用,以达到最佳效果。 电磁学的数值计算是一门计算的艺术,他横跨了多个学科,是数学理论、电磁理论和计算机的有机结合。原则上讲,从直流到光的宽频带范围都属于他的研究范围。为了跟上世界科技发展的需要,应大力进行电磁场的并行计算方法的研究,不断拓广他的应用领域,如生物电磁学、复杂媒质中的电磁正问题和逆问题、医学应用、微波遥感应用、非线性电磁学中的混沌与分叉、微电子学和纳米电子学等。 参考文献 〔1〕 文舸一.计算电磁学的进展与展望〔J〕.电子学报,1995,23(10):62- 〔2〕 刘圣民.电磁场的数值方法〔M〕.武汉:华中理工大学出版社,1991. 〔3〕 张成,郑宏兴.小波矩量法求解电磁场积分方程〔J〕.宁夏大学学报(自然科学版),2000,21(1):76- 〔4〕 王长清.时域有限差分(FD-TD)法〔J〕.微波学报,1989,(4):8- 〔5〕 阮颖诤.复射线理论及其应用〔M〕.成都:电子工业出版社,1991. 〔6〕 方静,汪文秉.有限元法和矩量法结合分析背腔天线的辐射特性〔J〕.微波学报,2000,16(2):139- 〔7〕 杨永侠,王翠玲.电磁场的FDTD分析方法〔J〕.现代电子技术,2001,(11):73- 〔8〕 洪伟.计算电磁学研究进展〔J〕.东南大学学RB (自然科学版),2002,32(3):335- 〔9〕 王长清,祝西里.电磁场计算中的时域有限差分法〔M〕.北京:北京大学出版社,1994. 〔10〕 楼仁海,符果行,袁敬闳.电磁理论〔M〕.成都:电子科技大学出版社,1996. 现代电子技术
电磁波为横波,可用于探测、定位、通信等等。电磁波谱是无线电波,微波,红外线,可见光,紫外线,伦琴射线(X射线),伽玛射线首先,无线电波用于通信等,微波用于微波炉,红外线用于遥控,热成像仪,红外制导导弹等,可见光是所有生物用来观察事物的基础,紫外线用于医用消毒,验证假钞,测量距离,工程上的探伤等,X射线用于CT照相,伽玛射线用于治疗,使原子发生跃迁从而产生新的射线等一、不同频率范围内电磁波的应用无线电广播与电视都是利用电磁波来进行的。在无线电广播中,人们先将声音信号转变为电信号,然后将这些信号由高频振荡的电磁波带着向周围空间传播。而在另一地点,人们利用接收机接收到这些电磁波后,又将其中的电信号还原成声音信号,这就是无线广播的大致过程而在电视中,除了要象无线广播中那样处理声音信号外,还要将图象的光信号转变为电信号,然后也将这两种信号一起由高频振荡的电磁波带着向周围空间传播,而电视接收机接收到这些电磁波后又将其中的电信号还原成声音信号和光信号,从而显示出电视的画面和喇叭里的声音。无线电广播利用的电磁波的频率很高,范围也非常大,而电视所利用的电磁波的频率则更高,范围也更大。雷达是利用无线电波测定物体位置的无线电设备。电磁波如果遇到尺寸明显大于波长的障碍物就要发生反射,雷达就是利用电磁波的这个特性工作的.波长越短的电磁波,传播的直线性越好,反射性能越强,因此雷达用的是微波。雷达的天线可以转动。它向一定的方向发射不连续的无线电波(叫做脉冲)。每次发射的时间不超过1ms,两次发射的时间间隔约为这个时间的100倍。这样,发射出去的无线电波遇到障碍物后返回时,可以在这个时间间隔内被天线接收。测出从发射无线电波到收到反射波的时间,就可以求得障碍物的距离,再根据发射电波的方向和仰角,便能确定障碍物的位置了。实际上,障碍物的距离等情况是由雷达的指示器直接显示出来的。当雷达向目标发射无线电波时,在指示器的荧光屏上呈现一个尖形脉冲;在收到反射回来的无线电波时,在荧光屏上呈现第二个尖形脉冲,根据两个脉冲的间隔可以直接从荧光屏上的刻度读出障碍物的距离.现代雷达往往和计算机相连,直接对数据进行处理。利用雷达可以探测飞机、舰艇、导 弹等军事目标,还可以用来为飞机、船只导航。在天文学上可以用雷达研究飞近地球的小行星、慧星等天体,气象台则用雷达探测台风、雷雨云。在自由空间,电磁波是沿直线传播的,而地球是圆形的,在通讯卫星的上天之前,人们要实现远距离通讯,只有靠多个地面天线作为中继站来传送无线电波。卫星通讯使无线电通信进入了一个新的发展时期。现在,各种通讯卫星的上天,满足了人们在科学研究与应用领域越来越多的需求。目前,中国长城工业总公司正与美国摩托罗拉公司合作,用长二丙改进型火箭以一箭双星的方式将多颗铱星送入轨道,从而实现覆盖全球的低轨道卫星无线电通讯。
绝对是我自己写的论文:论声波与电磁波的异同2011年02月15日 分类:个人日记 说起波大家一定会想起两种最普通的波:声波和光波(电磁波),很多人将这两者混为一谈,这是错误的。 通俗的说,声波是用来听的,而电磁波是用来看的,当然这样说未免有些不科学。较严格的说,声波是通过介质传播的,而电磁波是通过“场”传播的,这里的场可以是电场、磁场。 声波是由物体的振动引起的,如果物体周围有介质的话,振动就会传给介质,再由介质传给其他物体,换句话说,能量是随着振动在传递。声波是机械波的一种,具有机械波的特性。声波分为横波和纵波。电磁波的性质要比声波复杂得多,电场或磁场的变化都会引起电磁波,我们知道电路状态发生改变时会引发磁场的变化,变化磁场中的导体会带电,这时的电场也是变化的,会再次产生变化的磁场,换句话说,电磁波的能量是以电与磁的形式交替传播的,变化的电场产生磁场,变化的磁场产生电场。由麦克斯韦电磁理论可知,变化的电场和变化的磁场是相互联系着的一个不可分割的统一体,即电磁场,而变化的电场和变化的磁场总是交替产生的,并且由产生的区域向周围空间传播,这就是电磁波。电磁波在空间中传播不需要介质,它是一种横波,传递着电磁场的能量。最普通的电磁波是可见光。关于光最早出现两种学说:由惠更斯提出的波动说和曾为牛顿所提倡的微粒说,惠更斯认为光是一种波动,由发光体引起,和声波一样依靠介质来传播,这种学说直到19世纪初当光的干涉和衍射现象被发现后才得到广泛承认,而牛顿认为光是由光源发出的微粒,它从光源沿直线行进至被照物,因此可以想象为一束由发光体射向被照物的高速微粒。此学说直观地解释了光的直线传播及反射、折射等现象,曾被普遍接受直到19世纪初光的干涉等现象发现后,才被波动说所推翻,但在19世纪和20世纪初,许多有光和物质相互作用的现象,如光电效应,不能用波动说来解释,这促使爱因斯坦于1905年提出光是一种具有粒子性的实物:光子,但这种观念并不摒弃光具有波动的性质,这种关于光的波粒二象性的认识被人们所认可,也是量子理论的基础。声波和电磁波 1、都能反射与折射;2、都有衍射现象(波绕过障碍物继续传播的现象);3、都能叠加(几列波相遇时,每列波都能保持各自原来的传播方向继续传播而不互相干扰,只是在重叠的区域里,任一质点的总位移等于各列波分别引起的位移的矢量和);4、都有干涉现象(频率相同的两列波叠加使某些区域的振动加强,使某些区域的振动减弱,并且振动加强和振动减弱的区域相互间隔的现象叫做波的干涉);5、都有多普勒效应(由于波源和观察者之间的相对运动,使观察者感到波的频率发生变化的现象叫做多普勒效应,举个例子便是救护车鸣着笛自你面前飞驰而过,你会发现当车距你近时和当车距你远时音调的高低不同)声波和电磁波还有一个很大的差别便是电磁波的速度要比声波快得多。腹化风雪:本人初次发表论文,请多提意见,谢谢。我写了几天,给我最佳吧
电磁波相关论文题目大全高中
三 电磁波在医疗上的应用 在科学上,称超过人体承受或仪器设备容许的电磁辐射为电磁污染。电磁辐射分二大类,一类是天然电磁辐射,如雷电、火山喷发、地震和太阳黑子活动引起的磁暴等,除对电气设备、飞机、建筑物等可能造成直接破坏外,还会在广大地区产生严重电磁干扰。另一类是人工电磁辐射,主要是微波设备产生的辐射,微波辐射能使人体组织温度升高,严重时造成植物神经功能紊乱。但是对电磁辐射,要正确认识,而且要科学防护。事实上,电磁波也如同大气和水资源一样,只有当人们规划、使用不当时才会造成危害。一定量的辐射对人体是有益的,医疗上的烤电、理疗等方法都是利用适量电磁波来治病健身 生物电磁场保健 将人体置于姜氏场导舱内接受载有青春信息的植物幼苗发射的生物电磁波。结果发现:人体红细胞膜的渗透脆性降低,韧性增强;甲状腺素、 性激素分泌增加;免疫功能提高;肾上腺皮质激素分泌无明显变化。提示:植物幼苗电磁波有助于红细胞功能的发挥,促进机体新陈代谢,增加青春活力,提高性功能,增强免疫力从而对人体发挥返老还青和医疗保健作用。 激光治疗 激光是60年代初出现的一种新光源。已广泛应用于国防、农业、卫生医疗和科学研究,也是治疗肿瘤的一种新方法。用它既能切割组织,又能同时止血,能使肿瘤组织迅速气化和雾化,从而使肿瘤在瞬间消失。激光对组织具有热、压、光和电磁场效应的作用。 1、热效应:激光能使肿瘤组织在几秒种的短时间内,局部温度高达200-1000摄氏度,使其变性、凝固坏死,继而气化消失。 2、压力效应:激光本身的光压和由高热导致的组织膨胀引起的二次冲击波,加深了肿瘤组织破坏。 3、光效应:激光被肿瘤组织吸收后,可增强热效应,使肿瘤组织被破坏。 4、电磁场效应:激光是一种电磁波。能产生电磁场,可使肿瘤组织离化、核分解而被破坏死亡,如有残癌也可自行消退,这可能与免疫有关。激光制造成激光器、激光手术刀用于治疗体表肿瘤,眼耳鼻咽喉肿瘤、神经肿瘤等。 EMF系统 EMF系统是由(株)日本MDM公司开发研究生产的新一代脑外科手术器械。根据其作用原理,我们俗称之为“电磁刀”。EMF系统利用高频电磁能对机体组织进行汽化,切割和凝固。因该系统外周围优良组织的热损伤小且不需要对极板,因此尤其使用于脑外等精密外科。对硬性及深部微小脑瘤的去除极为有效。 EMF系统与常规的电刀相比,在原理和设计上都有很大区别。EMF系统用于汽化,切割和凝固的输出功率很小(49W以下),为一般电刀所不及。不需要对极板这一特点使单极手术刀用于脑外手术成为可能。没有烧伤感电和破坏神经系统的危险,安全性高,使用方便。与激光刀相比,不需要眼球保护镜和其它保护附件,操作时对患者和医生均无危害。手术时与患部直接接触,医生可以灵活掌握调节。与超声波刀相比,EMF系统对于硬化深部微小肿瘤的汽化治疗效果尤为显著。HandPiece非常轻便且呈弯曲状,使视野不受影响,并有利于长时间手术。刀头部分可以任意弯曲,适用于各种手术需要。 微波治疗 微波是指波长在1毫米至1米范围内的非电离辐射高频电磁波。70年代后期微波技术在医疗上得到应用。科学家研究发现,微波治疗有3种:一是大剂量高热治疗肿瘤,能抑制肿瘤细胞的蛋白质合成,降低肿瘤细胞分裂速度,增强化疗、放疗效果;二是用于局部生物体组织的凝固治疗,具有不炭化、不产生烟雾的特点;三是小剂量的温热治疗,可以解痉、止痛、消炎并促进伤恢复等。 电磁波消毒 利用电磁波的场效应和热效应,在5-l0分钟内能迅速达到国家卫生部规定的消毒要求,对成捆、成扎的纸币、成叠的毛巾、医疗器械具有穿透力强,无残留药毒性的消毒特点,是当今消毒领域的新突破。
魏立柱;王卓;;基于FDTD的区域电磁场分析[A];第17届全国电磁兼容学术会议论文集[C];2007年 李童;;Matlab与电磁场算法FDTD[A];2006北京地区高校研究生学术交流会——通信与信息技术会议论文集(上)[C];2006年 孟萃;陈雨生;程建平;刘以农;;瞬态电磁场对双层圆柱腔体耦合效应的三维FDTD数值模拟[A];第十三届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集(下册)[C];2006年