工 业 技 术
DOI：10.16661/jki.1672-3791.2018.05.093
卫一航
（洛阳市第二中学 河南洛阳 471003）
摘 要：电磁学是物理学的核心分支学科之一，是高中物理学习的重点和难点。本文结合所学的物理知识，通过广泛地阅读及观察，对电磁学的发展历程进行归纳总结，大致分为5个时期。并详细列举了电磁学在生活中的具体应用，不仅巩固了电磁学中的相关理论知识，而且对电磁学有了更深刻的认识，并对电磁技术所带来的负面影响进行了分析。 关键词：电磁学 发展 应用 影响
中图分类号:R31 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2018)02(b)-0093-03
随着经济和科技的发展，电在我们日常生活中也发挥着越来越重要的作用。而与此同时，电磁几乎遍布于我们生活中的每一个角落。许多随着电磁学及电磁技术的发展，在不同的领域，电磁学都会发挥着它的作用。电磁学的整个理论体系及发展历程，对电工和电子技术的发展有着重要的影响。本文首先阐明了电磁学的发展历程，举例说明电磁学在生活中应用，剖析其带来的负面影响。
1 电磁学的发展进程及时期
1.1 古代的电磁观察与应用
古代的希腊人发现琥珀和毛皮等可以摩擦生电。迄今为止，希腊文的琥珀是英文E le c t r ic it y的字根。中国人发现磁石吸铁，带电的物体能吸小的物体，并且还会利用磁针导航。这些电磁现象的观察与应用，让我们现代人感叹古代人的智惠。因此，电磁学发展的出发点在18世纪的西欧。1.2 库伦定律
17世纪末(1684年)，著名学者牛顿出版了《自然哲学之数学原理》一书。之后，物理学的中心课题是诸多关于自然界中力的研究。18世纪的欧洲，研究电与磁的人也比较多，尤其是电，更富有挑战性。
1.3 从伏特电池、安培定律到电报、电话
奥斯特发现把磁针平行放置于通电的直导线附近时，由于磁铁对通电导线有作用力，磁针将发生偏转。
继奥斯特发现电流磁效应后, 法国的科学家安培首先对电磁作用力进行了研究，并提出右手定则，解释了地磁的起因。之后，他通过研究载流导线之间的相互作用, 建立了电流元之间的相互作用规律——安培定律, 提出磁性起源是电流的假说——安培分子电流假说。
1.4 法拉第定律与发电机
法拉第定律也叫做电磁感应定律。法拉第定律可谓电磁学中最重要的发现，原因是因为它揭示了电和磁现象之间的相互联系。一方面，发电机是人们在电磁感应的基础上发明的。它的发明，可以实现电能的大规模生产和远距离输送成；另一方面，在电工、电子技术等方面电磁感应现象都有广泛的应用。因此，电磁感应定律的提出，为人类进入电气化时代奠定了坚实的基础。
1.5 麦克斯威与无线电
著名的麦克斯威方程式，不仅精确地描述了所有已知电磁场的现象，同时也有新的预言。在这里最重要的是电磁波：(1)由于电磁交感现象，因此电磁场可以在真空中以波的形式传递。(2)计算结果表明这种波的速度与光速一致，因此光是一种可见的电磁波。(3)这种波也具有能量、动量等，并且遵从守恒定律。
2 电磁学在生活中的具体应用及实例
2.1 指南针
古代中国，已经开始利用指南针。指南针在现代已众所周知，它是一种简单的仪器，可以用来判别方向。它的基本组成是一根安装在轴上可以自由转动的磁针。磁针在地磁场作用下能保持在磁子午线的切线方向上。磁针的北极指向地理的北极，可以利用这一性能来辨别方向。在航海、大地测量、旅行及军事领域都有广泛的应用。
2.2 电磁炉
电磁炉是近年来一种新兴的灶具。它的烹调方式与传统的明火烹调有大的不同，其基本原理是采用磁场感应的电流加热的。电磁炉主要通过电子线路板的组成部分，产生交变磁场。当含铁的锅具底部放置于炉面上时，锅具即切割交变的磁力线，锅具底部金属部分会产生交变的电流，涡流引起锅具的铁原子做高速无规则的运动，原子之间的互相碰撞和摩擦产生热能，能引起锅具本身产生热量，可以加热及烹饪食物，因此能达到生活烹饪的目的。电磁炉在工作的过程中，热量是由锅底直接感应磁场产生涡流而产生的，因此在选择材料的时候应该选择对磁敏感的铁作为炊具。由于铁对磁场吸收充分并且屏蔽效果好，能够减少磁辐射，因此铁锅比其他任何材质的炊具都安全。同时，铁元是人体长期需要摄取的必要元素。 2.3 高斯计
高斯计，是测量物体于空间上一个点的静态或动态（交流）磁感应强度，由霍尔传感器（精度更高可选择磁通门传感器）。经过物体磁力线穿过产生电流电压，主设备上面显
示磁感应强度。高斯计需要能够测量恒定磁场，直流磁场与交流磁场和脉冲磁场的功能。同时由于智能制造发展高斯计需要能够与自动化设备有交互功能，因而485通讯与开关量端口，模拟信号端口成为必须。高斯计随着设计技术进步，已经由原有的模拟电路转化成STC单片机设计的方案，近年来随着高斯计功能增强，内部程序的复杂程度也提高了。开始采用内核是Cor t ex-M3的32位AR M微控制器的智能高斯计。在采样速度以及程序稳定性都得以提高(原理图见图1)。
2.4 磁悬浮列车
磁悬浮列车是采用的是无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统的磁悬浮高速列车系统，是目前陆地最快的交通工具，同时是21世纪最具有潜力的交通工具。磁悬浮列车的三大组成部分为：悬浮系统、推进系统和导向系统。这种高科技交通工具是利用磁极吸引力和排斥力的原理。换句话说，排斥力使列车悬起来，而吸引力能使列车开动。目前磁悬浮列车可以分为吸力和斥力两种。电磁悬浮系统(EMS)是一种吸力悬浮系统，并结合在机车上的电磁铁和导轨上的铁磁轨道相互排斥产生悬浮。
2.5 电磁起重机
电磁起重机它是一种能够利用电磁原理搬运钢铁物品的机器，主要部分是磁铁。当电流接通时，电磁铁会把钢铁物品牢牢吸住，吊运至指定地点。当切断电流时，磁性会消失，钢铁物品会被放下。电磁起重机的使用方便，但必须保证有电流的情况下才可以使用，应用领域为废钢铁回收部门和炼钢车间等。
2.6 电磁继电器
电磁继电器的主要组成有：电磁铁、衔铁、弹和触点等。它的工作电路是由低压控制低压电路和高压工作电路两部分组成的。当线圈两端加上一定的电压时，线圈中就会有电流产生，从而引起电磁效应。衔铁在电磁力的作用，克服弹簧拉力吸向铁芯，能够带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电时，电磁吸引力消失，衔铁在弹簧的反作用力回到原位，引起动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。经过吸合、释放，可以使电路中的导通、切断。区分继电器的“常开、常闭”触点是根据：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。
2.7 移动电话和手机
随着人们生活水平的提高，移动电话的使用率非常的普及。在城市的任何一个角落，手机基本可以进行通话。在我国的部分旅客列车和民航班机上，还有公用的移动电话。公用的移动电话系统是城市电
话网的一部分，每一部移动电话实际上就是无线电台，它可以将用户的声音转变为高频电信号发射到空中；同时它又是一个收音机，捕捉空中的电磁波，使用户接收到通话对方传来的信息。
2.8 电磁屏蔽
电磁屏蔽现象指的是利用导电材料或铁磁材料制成的部件，对大容量汽轮发电机定子铁心端部进行屏蔽，目的是为了降低由定子绕组端部漏磁在结构件中引起的附加损耗。对于通信方面的屏蔽，实际上是利用屏蔽体把元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场的向外扩散。用屏蔽体把接收电路、设备或系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。众所周知，手机通过信号发生器对发射请求信号，得到的回应信号有强有弱，这就是我们平时所说的“信号”的强弱。正是这种原因，封闭的导体对电磁波有屏蔽作用，而导体内部能自动形成一个电场，以便阻止电磁波的流通。我们在电梯里，地铁中，火车隧道里（山、大地也是导体），手机信号会特别差的原因正是基于上述的现象。
2.9 磁与生物
任何物质都或多或少具有磁性，生物体当然也不例外，一般的生物体都具有弱磁性。同时，生物体在进行生理活动时能产生磁场，生物磁场比较微弱。例如，正常人的心脏跳动能够产生的心磁场约10-10T，大脑的神经活动能够产生的脑磁场约5×10-13T。从数值上比较，它们远远低于地面附近的地磁
场（约5×10-5T）。随着磁测量技术的发展，人们能够测量这些微弱的生物磁场，在研究生物体生命活动时有重要意义。
3 电磁学在生活中的负面影响
每一种技术的进步，都是一把双刃剑，电磁学当然也不例外。电磁技术在广泛应用于国民经济各个部门，给人类创造了巨大物质财富的同时，也引起比较严重的电磁污染，随着人类环境意识的不断增强，电磁污染危害的严重性越来越受到人们的重视。
电磁污染属于环境污染，和水、空气、噪音等环境污染有所不同。它的含义是指超过人体承受或仪器设备容许的电磁辐射。电磁污染特性是以电磁场力为主，与电磁波的性质、功率、密度及频率等因素有密切的关系。当电磁辐射超过一定的强度时，也就是超过安全卫生标准限值时，会对人体产生负面效应，引起头痛、失眠等症状时为电磁污染。电磁污染是一种“隐形污染”。随着电磁技术的发展，射频电磁场功率成倍的增加，地面电磁辐射越来越大，
直接威胁
到人体健康的程度。
图1 高斯计原理图
(下转96页)
船级社焊工证书一般来水都是通用的，获得某一船级社的焊工证书也会得到其他船级社的认可。焊接人员需要能够熟练使用浮吊制作的焊接方法，全回转式浮吊在制作过程中会用到的手工电弧焊(SM AW)、二氧化碳气体保护焊(FCAW)、埋弧自动焊（SAW)、无极氩弧焊(GTAW)等焊接方法，确定WPS的适用范围，在开工前准备好WPS，如有管状接头可以使用T、K、Y接头焊接工艺评定。 2.3.3 外协结构件制作
卷筒外协和臂架钢管制作是全回转浮吊的主要结构件，其他的钢板都是由Z PM X提供的，钢板到外协厂之前需要经过验船师的认可，确定船用板检验合格后才能够进入施工现场，外协厂提供验船师认可的WPS，使用高质量、高精度的焊材，使用可行的WPS进行焊接。
2.3.4 设计温度
设计温度是全回转浮吊建造过程中的重要参数，浮吊的所有结构、铸锻件、电气设备和机械设备都需要在设计温度许可的范围内使用。不同类型的浮吊对设计温度的要求不同，A BS浮吊的设计温度应高于-10℃，7500t全回转浮吊的设计温度应该在-20℃左右，高强度钢板JFE780屈服强度695M P a，冲击试验温度-40℃、焊缝冲击试验温度-40℃，焊接性能好。铸锻件一般难以满足以上要求，例如主副钩、铰点轴，直径在700～900mm之间，钩体最大，-30℃v2冲击能达到ABS的要求比较难；LR规范中要求只做到-10℃v2冲击就可以了；CCS规范要求在建造过程中满足国标要求或稍微增加一点低温即可。
2.4 设备调试与船舶交接阶段
在浮吊交船之前，船厂将设备调试一遍，通过试验检验全回转浮吊是否满足业主、船级社和其他法定检验部门的要求。检验浮吊的主要结构、主机、辅机、管道、自动控制和电气以及其他系统等是否满足规格书和其他标准的要求。系泊实验结束后，对浮吊进行倾斜实验，根据实验参数计算出浮吊的质量和质心。完成竣工验收之后对设计图纸和相关设备资料进行存储，为日后的维护保养提供技术资料。
3 结语
在全回转浮吊的建造过程中进行质量控制，提高全回转浮吊的机械性能，降低投入成本。建造质量不
过关再次返修时，会增大工作量，延长工期，增加建造成本。在每个阶段中进行质量控制，按照相关规定和标准施工建设，能够有效提高全回转浮吊的建造质量。
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电磁辐射是看不见、摸不着的，能够产生电磁辐射的设备基本都是日常生活中的常用电器，如手机、电视、电磁炉、医疗器械、汽车、电子仪器等，当它们工作时，能够产生各种不同波长频率的电磁波。如果人体在过量的辐射环境中长期暴露，电磁辐射将会大量杀死人体细胞，称为电磁辐射污染。电磁辐射污染和水质污染、大气污染、噪声污染被称为四大环境污染。
4 结语
电磁技术已广泛应用于国民经济的各个部门，给人类创造了巨大的物质财富。我们对电磁学应该有更清晰的认识。它是科学技术发展的结果，证明了社会历史的进步，如果离开了它，我们或许会失去很多。然而，我们在利用的同时，要明确电磁技术的负面影响，因为它具有电磁污染危害，可能会威胁人体的健康。总的说来，利大于弊，所以我们正确地看待。
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