电磁场理论的应用

电磁场理论的应用 电磁场理论是工科电类专业的一门重要的技术基础课。它在物理电磁学的基础上，进一步研究了宏观电磁现象的基本规律和分析方法，是深入理解和分析工程实际中电磁问题所必须掌握的基本知识，很多实际工程问题只有通过电磁场才能揭示其本质。本部分内容收集了一些电磁场理论应用方面的典型例子，作为学习电磁场理论的参考和补充，藉以增加读者学习电磁场理论的积极性，并进一步了解应用电磁场理论分析、解决实际问题的方法和途径，培养和提高读者解决实际问题的能力。 第一部分 静电场的应用举例 1 、悬式瓷绝缘子和玻璃绝缘子的电场分布 分析悬式瓷绝缘子和玻璃绝缘子的电场分布时，可以将其近似认为是同心球极间电场，示意图如图 1 所示 图 1 瓷或玻璃悬式绝缘子极间电场示意图 由高斯定理可得同心球的电极间任一点的电场24rQEπε=，E 的最大值在1r处。 极间电压 ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−== ∫2111421rrQEdrUrrπε 故 ()()12221 rrrrrUE−= 而 ()()()1212122121maxrrrUrrrrrrUE−=−= 当2r 一定时，改变1r 可使maxE达到极小值，令 ()()012212111max=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=rrrrrUdrddrdE 得 2/21rr = 此时 22222max422rUrrrUrE=⎟⎠⎞⎜⎝⎛−= 如瓷绝缘子的临界电场强度为135kV/cm，已知cm52 =r，则允许的最大电压为 kV75.16842maxmax==rEU 2 、电容式传感器 电容量和极板面积、极板间的距离，以及极板间所充的介质有关，改变其中任何一项，就可以改变电容量。利用这个特性，可以构成“电容式传感器”，它可以把物理量的变化转化为电容两的变化。如果把这个电容器接在桥式电路中或是一个振荡电路中，就可以把电容的变化，转化成电量的变化。经过放大处理，可以实现对于原物理量的检测或控制。 图 2a、2b 分别为改变面积和介质的电容传感器原理图 a 改变面积 b 改变介质 图 2 电容式传感器的原理图 由图 2a 得 dbxCxε=，其灵敏度为 dbdxdCKxε== 利用这个传感器，可以用来测量物体得位移。 由图2b 得 2211εεddabCA+= ()1211εεddbalCB+−= 故 ⎟⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎜⎝⎛+−++=+=21212112111εεεεεddladdlbCCCBA 可见，变化量与电容量C 有明确的关系。 在实际应用中，为了提高传感器的灵敏度，常常做成差动式传感器。例如图3 所示，为一变面积的差动式电容传感器，其中间为一动片，上下两个园筒是定片，当动片上升时，1C 增大2C 减小，当动片下降时则相反，所以动...