电磁学的相关历史

一、计算机方面的历史概述

  • 人类社会的发展是一部历史,这本历史的厚度可想而知,它涉及到人类生活的方方面面,好好研究是非常有益处的,而且也很有意思。当然当你翻开这部历史的时候会有计算机分卷。
  • 计算机分卷有一个显著的特点
    1. 尽管几千年前已经开始对它进行书写,但是20世纪前的部分一直是干巴巴陈旧而平淡,在最近的几十年里的历史却丰富翱实,墨迹未干
    2. 最近几十年关于计算机的发展速度可以用突飞猛进来形容。但这并不是人类的脑容量变大的原因,而是相关学科理论技术的发展的结果(电磁学,数学,逻辑学等);其实这个过程相当于知识变现的过程,所以学习理论很重要,但是没有接下来的动作的话,从产品的层面上来说还是为0。

二、电能生磁(电磁铁)

当一根电线有电流通过时,就会在它的周围产生微弱的磁场。电能生磁的现象叫作电流的磁效应。

 如何让铁钉具有磁性:在铁钉周围缠绕上电线,并给电线进行通电,铁钉就会具有磁性;缠绕的匝数越多,
 铁钉的磁性越强
                    当电线没有电流通过时,铁钉就会失去磁性。

三、继电器和福尔摩斯电码(电磁铁的运用)

在电磁铁的上方有一个长长的衔铁臂,它安装在支架上,并且可以上下自由活动。当没有通电的时候它被一根弹簧拉着,远离电磁铁。当开关闭合通电的时候电磁铁就会有磁性,所以会把衔铁臂吸下来


福尔摩斯电报示意图

此装置重要的三个部件分别是 电磁铁、衔铁臂、和金属触点;它的衔铁臂下面多了一个金属触点,分别从衔铁臂和金属触点上引出两根导线。在电磁铁没有通电、没有磁性的时候,衔铁臂和金属触点没有接触,电路断开;当电磁铁通电带有磁性的时候,衔铁臂和金属触点接通,电路接通。

继电器

图中的方框代表电磁铁,而在右边,紧挨着它的是一个衔铁开关。同时,图中也表明了继电器实际上可以按工作状态分为两种:左边那种平时处于断开状态,只有在电磁铁加电的时候才吸合接通;右边那种则正好相反。


继电器符号表示.jpg
继电器的用途:电视机、洗衣机、电冰箱到工厂里的大型工业设备都有继电器的影子

四、磁能生电(导体在不断变化的磁场中或者导体在磁场做运动)

五、电话的发明

  • 发声的原理是什么:物体的震动,带动周围的空气分子的运动就会产生声音(这种情况是以空气为传播介质的一种传播。当然声音的传播介质还有水等液体物质和木头等固体物质)
  • 发明要思考的问题:
    1.可以不可以用电线和电流来传递声音
    2.声音是一种波,不同的声音有不同的波形;如何用电来模拟声音的波形
  • 话筒的原理(声波转化为电流波):一个线圈在磁场中,并和制片和塑料片相连。说话的时候,由于声波的作用,纸片被迫震动,从而带动线圈在磁场中的运动;这样会产生了电流。电流的波形看和产生它的声音的波形完全一致,所以通常称为音频电流。
  • 喇叭的原理(电流波转化为声波):由于电能生磁的作用,线圈本身也会有磁场。而线圈在一个固定的磁场中;两个磁场会互相作用(排斥或者吸引);从而导致线圈的运动,线圈的运动带动纸片的运动(或者说震动)。这样就会产生声音。

六、交流电

  • 直流电:电流总是按一个固定的方向移动,这样很难将电远距离传输,因为传输的过程中会有电阻的作用,电会有很大损耗
  • 交流电(磁生电):交流电的大小和方向都在不断变化的,它是在 型发电厂中通过电磁感应产生的
    1.将导体放入磁场中(在磁场的两极中放入导体)。
    2.导体在磁场中做圆周运动
    注意:当导体与磁感线的方向是平行的时候,此时不产生电压
    当导体与磁感线的角度呈90度的时候,此时的电压最高。
    导线和磁感线的夹角越大,电压就会越大
  • 变压器


    变压器示意图

    初级线圈其实就是一个电磁铁,如果将它接在交流电上,这个电磁铁就会出现南北极和磁场强度不停变化的情况。图中是一个降压器。(初级线圈的匝数多而次级线圈的匝数少)

七、无线电通信的开始

  • 自感:电磁铁在断电或者通电的瞬间,由于电压的急速变化导致电磁铁周围产生急速变化的磁场;由于磁能生电的原因,这时候导线内会产生强大的电流,这个电流是它自身的几10倍,只不过这是瞬间产生的。
  • 电磁波生成器:这个变压器的两个线圈分别是L1和L2,它们的匝数是不一样的。L2通常有几百匝,而L1是它的100~200倍,也就是几万匝。通常,自感发生在开关接通或者断开的时候。为了能够持续地产生自感而又不会让胳膊和手累着,我们在铁框的旁边安装一个类似于继电器衔铁那样的开关,它与线圈L2以及电源构成一个串联的通路。这样,当整个电路接通的时候,由于K是闭合的,铁框会产生磁性,从而把K吸开,电路断开。电路一断开,K又恢复原状,电路又被接通,就这样“啪嗒、啪嗒”一直不停地进行下去。当自感持续发生的时候,整个铁框中的磁场也正忙得团团转——这是一个不停地跟着变化的、比较强的磁场。在铁框的另一边,线圈L1的两端分别连接着铜球Q1和Q2。由于L1的匝数是L2的几百倍,属于升压变压器,当L2上的自感持续发生的时候,根据变压器的原理,这会在L1上产生几万伏的高压(要是想想办法,你还能得到更高的电压),使得距离很近的铜球Q1和Q2产生持续的放电。哎呀,现场那种“噼噼噼噼”的声音听起来还真有点儿恐怖。


    电磁波发生器
  • 电磁波接收装置:把铜线弯成圆形,让两个铜球Q1和Q2之间保持一个很小的间隙。当电磁波发生器工作的时候,如果把这个接收器放到不远的地方,并调节两个铜球之间的距离,就可以观察到Q1和Q2之间也会出现微弱的火花。这意味着,那个跟闪电一样噼噼啪啪挺吓人的东西已经产生了电磁波,而这个接收器也已经检测到了它的存在。


    电磁波接收装置
  • 电磁波产生的原因:在闪电和高压发生器中,由于高压的存在,有一部分空气被击穿而放电。在这个过程中,参与导电的空气分子越来越多,电流越来越大,而且很不规则,同时空气分子急促升温,并引起空气扰动,产生火花和响声。之后电流逐渐变小,火花消失,响声不在,电流为零,一切恢复如初,整个过程在一瞬间进行。
  • 电磁波的特点:无线电波所到之处,但凡遇到导体,都会把它的能量分出一小部分来,在导体内产生电压和电流
  • 急速变化的电流可以产生电磁波;因为交流电也是变化的,所以交流电可以产生电磁波
  • 远距离辐射电磁波,除了加大能量外;还需要提高交流电的频率
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