电磁学测量

电磁学测量中国科学技术大学天文与应用物理系浦其荣•电磁学研究的是电磁的相互作用及其运动规律。•电磁学理论是在电磁学实验的基础上建立和发展起来的，实验检验着理论的正确与否；反过来，电磁学理论又对电磁学实验起着重要的指导作用。电磁测量是物理实验中最重要的基础内容，同时它在当今生活、生产和科学研究中有着最广泛的应用。各种物理、化学、生物和其他领域中使用的精密仪器设备中都会涉及到电测仪表或会用到电磁测量的实验方法。测量的基础:电磁学的基本原理，直流交流电路以及电磁感应定律等。电磁学常用的基本测量方法:比较法、补偿法、平衡法、放大法、转换测量法、模拟法等。电磁学学习的内容包括交、直流电路和电磁场的测量方法。一、直流电路1.介绍了各种测量直流电压和电阻的仪表和方法，以及消除电表内阻对测量直流电压的影响的电路和修正公式。2.检流计是应用很广的一种高灵敏仪表，常用来检查电路中有无电流通过，主要用在平衡式直流电测仪器如电位差计、电桥作示零仪器，另外在光-电测量、差热分析等实验中测量微弱的直流电流。3.电桥电路是电磁测量中电路连接的一种基本方式。由于它测量准确，方法巧妙，使用方便，所以得到广泛应用。直流单电桥4.补偿法是电磁测量的一种基本方法，电位差计就是利用补偿原理来精确测量电动势或电位差的仪器。5.电子学放大法：运算放大器是一种实现信号的组合和运算的放大器。利用放大器的放大作用，可以组成测量电压、电流和电阻的仪表，实现弱电流、微小电压和高电阻的测量。二、交流电路1.介绍了正弦交流电的特点、测量方法和两种简单的整流滤波电路。示波器是一种用途非常广泛的测量仪器，它可以把原来肉眼看不见的变化电压变换成可见的图象，以供人们分析研究。存储示波器具有存储功能，在记录的信号消失后仍能使信号重现。2.研究RC、RL、LC、RLC等电路的暂态过程，RL、RC电路的稳态过程，串、并联电路的交流谐振现象，电路品质因素Q的测量方法。3.交流电桥可用于测量电阻、电感、电容、磁性材料的磁导率、电容的介质损耗等，还可以利用交流电桥平衡条件与频率的相关性来测量频率。三、电磁场测量1.介绍了用稳恒电流场模拟静电场的原理、条件，以及用电磁感应定律研究磁感应强度B与电流I和感生电动势V之间的关系，测量螺线管的磁场分布，观察互感现象等。模拟法是科学研究的一种方法，它不直接研究物理现象或过程的本身，而是用与这些现象或过程相似的模型来进行研究。2.磁场测量是电磁测量技术的一个重要分支,在工业生产和科学研究的许多领域都要涉及到磁场测量问题。磁探矿、磁悬浮列车、地质勘探、磁导航、导弹磁导、同位素分离、质谱仪、电子束和电子束加工装置、受控热核反应以及人造地球卫星等，甚至在医学和生物学方面也有应用。电磁感应法、核磁共振法、霍尔效应法、磁通门法、光泵法、磁光效应法、磁膜测磁法以及超导量子干涉法。霍尔系数和电导率的测量已成为研究半导体材料的主要方法之一。通过实验测量半导体材料的霍尔系数和电导率可以判断材料的导电类型、载流子浓度、载流子迁移率等主要参数。若能测量霍尔系数和电导率随温度变化的关系，还可以求出半导体材料的杂质电离能和材料的禁带宽度。用交流梯度磁强计测量常用磁带的直流磁滞回线，包括外加磁场平行和垂直于带边两种情况，了解磁带的各向异性。此仪器有极高的测磁距灵敏度，可以较容易地检测尺寸为3～4mm单片磁带样品的磁性。3.铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线是材料的重要特性，工程技术中有许多仪器设备，大的如发电机和变压器，小的如电表铁心和录音机磁头等，都要用到铁磁材料。荷质比是带电粒子电荷量与质量的比值，是带电微观粒子的基本参量之一，是研究物质结构的基础。受电场力或磁场力的作用，带电粒子可以聚焦，形成细束流，这是示波管和显象管的工作基础。利用带电粒子在磁场和电场中的受力聚焦而形成的电透镜或磁透镜，是构成电子显微镜的基本组件。带电粒子受力加速或改变运动方向，这又是直线加速器或回旋加速器的工作原理。比如用石英晶体振荡器测量时间参数实验需要有交流电路基础。它以石英晶体振荡器为主要元件，通过实验安排用于对时间和频率的精密测量。居里温度测试仪的设计和制作实验也需要交流电路磁测量的基础知识，实验要求自行设计居里温度测试仪，测量出表征磁性材料重要特征的参量。高温超导体是物理研究领域中近期迅速发展的方向并有极大的应用前景，书中安排了测量高温超导材料电阻与温度关系的实验，从中将学习到电磁测量方法在实际工作中的应用。转换测量法：把某些不易测量的物理量转换成易于测量的物理量，也是物理实验惯用的手法。许多能量转换法都是使待测物理量通过各种传感器或敏感器件转换成电学量来进行测量的。传感器技术：传感器技术的应用领域十分广泛，如在现代飞行技术、计算机技术、工业自动化技术及基础研究领域中都有极为广泛的应用。光传感器光传感器通常是指紫外到红外波长范围的传感器，其类型可分为量子探测器和热探测器两类量子探测器或称光子探测器•利用材料的光电效应制成的探测器，故也称光电转换器。•常用的光电转换器件主要有光敏电阻、光电倍增管、光电池、CCD等。电阻式传感器应用范围很广，可测量温度、应变、加速度等物理量，其中最常用的就是利用某些金属或半导体材料制成的电阻应变式传感器。电涡流传感器磁通量的强度和频率不同，对金属导体的渗透度也不同。由于金属导体的质量、形状、电导率、磁透率、伤痕、膜厚等不同，涡流会使电磁感应线圈的总阻抗发生变化。检测这种变化量的方法即电涡流传感器的方法，它可用来测量振动体的振幅和频率，检测金属表面的腐蚀膜、电镀膜的膜厚等。压电传感器利用某些材料的压电效应制作的传感器。压电转换元件是一种典型的力敏元件，能测量最终可变换为力的有关物理量，例如压力、加速度、机械冲击和振动等，因此在声学、力学、医学和宇航等广阔领域中都可见到压电式传感器的应用。在扫描类显微工具中（如扫描隧道显微镜、同步辐射扫描软X射线显微镜等）也得到了应用。电磁学的应用强电,弱电,无线电结束语随着人类对物质世界更深入的了解，电磁学待测物理量的内容越来越广泛，随着科学技术的飞速发展，电磁测量的方法和手段也越来越丰富，越来越先进。但万变不离其宗，所以要牢固地掌握基础。谢谢!