1.直流、交流、电磁基本知识由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“直流电和电磁基本知识”。
基础知识：
1.直流电与交流电 1简介
直流电又称恒流电，恒定电流是直流电的一种，是大小和方向都不变的直流电，它是由爱迪生发现的。
脉动直流电与平滑直流电
恒定电流是指大小（电压高低）和方向（正负极）都不随时间（相对范围内）而变化，比如干电池。脉动直流电是指方向（正负极）不变，但大小随时间变化，比如：我们把50Hz的交流电经过二极管整流后得到的就是典型脉动直流电，半波整流得到的是50Hz的脉动直流电，如果是全波或桥式整流得到的就是100Hz的脉动直流电，它们只有经过滤波（用电感或电容）以后才变成平滑直流电，当然其中仍存在脉动成分（称纹波系数），大小视滤波电路得滤波效果。2优点
1、输送相同功率时，直流输电所用线材仅为交流输电的2/3～l/2.直流输电采用两线制，以大地或海水作回线，与采用三线制三相交流输电相比，在输电线载面积相同和电流密度相同的条件下，即使不考虑趋肤效应，也可以输送相同的电功率，而输电线和绝缘材料可节约1/3．
如果考虑到趋肤效应和各种损耗（绝缘材料的介质损耗、磁感应的涡流损耗、架空线的电晕损耗等），输送同样功率交流电所用导线截面积大于或等于直流输电所用导线的截面积的1.33倍．因此，直流输电所用的线材几乎只有交流输电的一半．同时，直流输电杆塔结构也比同容量的三相交流输电简单，线路走廊占地面积也少．
2、在电缆输电线路中，直流输电没有电容电流产生，而交流输电线路存在电容电流，引起损耗．
在一些特殊场合，必须用电缆输电．例如高压输电线经过大城市时，采用地下电缆；输电线经过海峡时，要用海底电缆．由于电缆芯线与大地之间构成同轴电容器，在交流高压输电线路中，空载电容电流极为可观．一条200kV的电缆，每千米的电容约为0.2μF，每千米需供给充电功率约3×103kw，在每千米输电线路上，每年就要耗电2.6×107kw?h．而在直流输电中，由于电压波动很小，基本上没有电容电流加在电缆上．
3、直流输电时，其两侧交流系统不需同步运行，而交流输电必须同步运行．交流远距离输电时，电流的相位在交流输电系统的两端会产生显著的相位差；并网的各系统交流电的频率虽然规定统一为50HZ，但实际上常产生波动．这两种因素引起交流系统不能同步运行，需要用复杂庞大的补偿系统和综合性很强的技术加以调整，否则就可能在设备中形成强大的循环电流损坏设备，或造成不同步运行的停电事故．在技术不发达的国家里，交流输电距离一般不超过300km而直流输电线路互连时，它两端的交流电网可以用各自的频率和相位运行，不需进行同步调整．
4、直流输电发生故障的损失比交流输电小．两个交流系统若用交流线路互连，则当一侧系统发生短路时，另一侧要向故障一侧输送短路电流．因此使两侧系统原有开关切断短路电流的能力受到威胁，需要更换开关．而直流输电中，由于采用可控硅装置，电路功率能迅速、方便地进行调节，直流输电线路上基本上不向发生短路的交流系统输送短路电流，故障侧交流系统的短路电流与没有互连时一样．因此不必更换两侧原有开关及载流设备．
在直流输电线路中，各级是独立调节和工作的，彼此没有影响．所以，当一极发生故障时，只需停运故障极，另一极仍可输送不少于一半功率的电能．但在交流输电线路中，任一相发生永久性故障，必须全线停电． 3原理 直流电所通过的电路称直流电路，是由直流电源和电阻构成的闭合导电回路。在该 直流电路中，形成恒定的电场。在电源外，正电荷经电阻从高电势处流向低电势处，在电源内，靠电源的非静电力的作用，克服静电力，再从低电势处到达高电势处，如此循环，构成闭合的电流线。所以，在直流电路中，电源的作用是提供不随时间变化的恒定电动势，为在电阻上消耗的焦耳热补充能量。4电路
在比较简单的直流电路中，电源电动势、电阻、电流以及任意两点电压之间的关系可根据欧姆定律及电动势的定义得出。复杂的直流网络可根据G.R.基尔霍夫方程组求解。它包括节点电流方程和回路电压方程两部分，前者指出，对于任一节点（3个或3个以上支路的交点），流入和流出节点的各电流的代数和为零，这是恒定条件的要求，后者指出，对于任一闭合回路（网格），各部分电压降的代数和为零，这是静电场环路定理的结果，两者构成了完备的方程组。5仪表
测量直流电路中电流、电压、电阻、电源电动势等物理量的仪表称为直流仪表。常用的有灵敏电流表（G表），电流表，伏特计，电桥，电势差计等。6电源
直流电源有化学电池，燃料电池，温差电池，太阳能电池，直流发电机等。利用直流电,还可以进行水的电解实验。将负极插入水中，可以使水电解为氢气，正极则使水电解为氧气。7传输
在电力传输上，19世纪80年代以后，由于不便于将直流电低电压升至高电压进行远距离传输，直流输电曾让位于交流输电。20世纪60年代以来，由于采用高电压、大功率变流器将直流电变为交流电，直流输电系统又重新受到重视并获得新的发展。8应用
直流电主要应用于各种电子仪器，电解，电镀，直流电力拖动等方面。9历史
在早期，工程师们主要致力于研究直流电，发电站的供电范围也很有限，而且主要用于照明，还未用作工业动力。例如，1882年爱迪生电气照明公司（创建于1878年）在纽约建立了第一座发电站，安装了三台110伏“巨汉”号直流发电机，这是爱迪生于1880年研制的，这种发电机可以为1500个16瓦的白炽灯供电。
但是随着科学技术和工业生产发展的需要，电力技术在通信、运输、动力等方面逐渐得到广泛应用，社会对电力的需求也急剧增大。由于用户的电压不能太高，因此要输送一定的功率，就要加大电流（P=IU）。而电流愈大，输电线路发热就愈厉害，损失的功率就愈多；而且电流大，损失在输电导线上的电压也大，使用户得到的电压降低，离发电站愈远的用户，得到的电压也就愈低。直流输电的弊端，限制了电力的应用，促使人们探讨用交流输电的问题。爱迪生虽然是一个伟大的发明家，但是他没有受过正规教育，缺乏理论知识，难以解决交流电涉及到的数学运算，阻碍了他对交流电的理解，所以在交、直流输电的争论中，成了保守势力的代表。爱迪生认为交流电危险，不如直流电安全。他还打比方说，沿街道敷设交流电缆，简直等于埋下地雷。并且邀请人们和新闻记者，观看用高压交流电击死野狗、野猫的实验。那时纽约州法院通过了一项法令，用电刑来执行死刑。行刑用的电椅就是通以高压交流电，这正好帮了爱迪生的大忙。在他的反对下，交流电遇到了很大的阻碍。
但是为了减少输电线路中电能的损失，只能提高电压。在发电站将电压升高，到用户地区再把电压降下来，这样就能在低损耗的情况下，达到远距离送电的目的。而要改变电压，只有采用交流输电才行。1885年，由费朗蒂设计的伦敦泰晤士河畔的大型交流电站开始输电。他用钢皮铜心电缆将1万伏的交流电送往相距10公里外的市区变电站，在这里降为2500伏，再分送到各街区的二级变压器，降为100伏供用户照明。以后，俄国的多利沃——多布罗沃斯基又于 1889年最先制出了功率为100瓦的三相交流发电机，并被德国、美国推广应用。事实成功地证实了高压交流输电的优越性。并在全世界范围内迅速推广。10与交流电区别
交流电，（市电）是指大小和方向随时间作周期性变化的一种电流
交流电是用交流发电机发出的,在发电过程中,多对磁极是按一定的角度均匀分布在一个圆周上,使得发电过程中,各个线圈就切割磁力线,由于具有多对磁极，每对磁极产生的磁力线被切割产生的电压、电流都是按弦规律变化的，所以能够不断的产生稳定的电流。国内交流电的频率一般是50赫兹,即每秒变化50次.有些国家交流电的频率是60赫兹，即每秒变化60次.当然也有其它频率.如电子线路中有方波的、三角形的等，但这些波形的交流电不是导体切割磁力线产生的，而是电容充放电、开关晶体管工作时产生的。
直流电的方向则不随时间而变化。通常又分为脉动直流电和稳恒电流。脉动直流电中有交流成分，如彩电中的电源电路中大约300伏左右的电压就是脉动直流电成分可通过电容去除。稳恒电流则是比较理想的，大小和方向都有不变。
2.电磁
电磁，物理概念之一，是物质所表现的电性和磁性的统称。如电磁感应、电磁波等等。电磁是法拉第发现的。电磁现象产生的原因在于电荷运动产生波动。形成磁场，因此所有的电磁现象都离不开磁场。电磁学是研究电磁和电磁的相互作用现象，及其规律和应用的物理学分支学科。麦克斯韦关于变化电场产生磁场的假设，奠定了电磁学的整个理论体系，发展了对现代文明起重大影响的电工和电子技术，深刻地影响着人们认识物质世界的思想。1基本定义
电磁是是能量的反应是物质所表现的电性和磁性的统称，如电磁感应、电磁波、电磁场等等。
电磁现象
我们知道，所有的电磁现象都离不开磁场；而磁场是由运动电荷产生的。从运动电荷入手是否可以解释电磁现象呢？
运动电荷可以产生波动。其波动机理为：运动电荷e运动时，必然受到其毗邻e地阻碍，表现为运动电荷带动其毗邻1向上运动，即毗邻随同运动电荷e一起向上运动；当毗邻1向上运动时，必然受到其自身毗邻1地阻碍，表现为毗邻1带动其自身毗邻向上运动，即毗邻2随同毗邻1一起向上运动……。这样以此向前传播，形成波动。显然，真空中这种波动的传播速度为光速。
运动电荷产生的波动对小磁针有什么影响呢？以直线电流为例我们来分析之。小磁针N处于直线电流I的右侧，当把小磁针N简化成一个环形电流abcd时，虽然点a、b、c、d都处于直线电流I的波动范围之内，但点a、b、c、d处毗邻运动的能量大小不等。显然，Ea>Ec，Eb=Ed。这样一来，直线电流I的波动对小磁针N的环形电流abcd就有一个顺时针的力矩。该力矩作用于绕核旋转的电子，使其顺时针旋转，其宏观表现为小磁针N的北极垂直纸面向外。
然电流产生的波动可以影响小磁针的偏转，说明该波动具有客观实在性；两个具有客观实在性的波动相遇时肯定会相互影响，我们来分析之。
分析现象
直线电流I2处于直线电流I1的波动范围内，I1、I2同向并在同一个平面内，直线电流I1、I2把空间分成A、B、C三个区域。分析直线电流I1波动时所形成的毗邻运动，知区域A内毗邻运动的能量大于区域C内毗邻运动的能量。当直线电流I2波动传播时，在区域A内受到 的阻力就要小于在区域C内受到的阻力。这样电流I2波动时在区域A内的传播速度vA就要大于在区域C的传播速度vC，即vA>vC。根据“光速不变原理”，这是不稳定的。因此直线电流I2有靠近直线电流I1的趋势，以使vA=vC=c，表现为同向直线电流相吸。
电荷运动可以产生波动。该波动不但会对小磁针的偏转产生影响，而且波动之间也能互相影响,从而成功地解释了电磁现象。
可以看出，从运动电荷入手，分析运动电荷产生的波动，可以得到所谓的“磁场”;分析两个波动的相互影响，可以解释“同向直线电流相吸”等电磁现象。2电磁学
定义
电磁学是研究电磁和电磁的相互作用现象，及其规律和应用的物理学分支学科。早期，由于磁现象曾被认为是与电现象独立无关的，同时也由于磁学本身的发展和应用，如近代磁性材料和磁学技术的发展，新的磁效应和磁现象的发现和应用等等，使得磁学的内容不断扩大，所以磁学在实际上也就作为一门和电学相平行的学科来研究了。
电磁学从原来互相独立的两门科学(电学、磁学)发展成为物理学中一个完整的分支学科，主要是基于两个重要的实验发现，即电流的磁效应和变化的磁场的电效应。这两个实验现象，加上麦克斯韦关于变化电场产生磁场的假设，奠定了电磁学的整个理论体系，发展了对现代文明起重大影响的电工和电子技术。
根据近代物理学的观点，磁的现象是由运动电荷所产生的，因而在电学的范围内必然不同程度地包含磁学的内容。所以，电磁学和电学的内容很难截然划分，而“电学”有时也就作为“电磁学”的简称。
麦克斯韦电磁理论的重大意义，不仅在于这个理论支配着一切宏观电磁现象(包括静电、稳恒磁场、电磁感应、电路、电磁波等等)，而且在于它将光学现象统一在这个理论框架之内，深刻地影响着人们认识物质世界的思想。
电子的发现，使电磁学和原子与物质结构的理论结合了起来，洛伦兹的电子论把物质的宏观电磁性质归结为原子中电子的效应，统一地解释了电、磁、光现象。
和电磁学密切相关的是经典电动力学，两者在内容上并没有原则的区别。一般说来，电磁学偏重于电磁现象的实验研究，从广泛的电磁现象研究中归纳出电磁学的基本规律；经典电动力学则偏重于理论方面，它以麦克斯韦方程组和洛伦兹力为基础，研究电磁场分布，电磁波的激发、辐射和传播，以及带电粒子与电磁场的相互作用等电磁问题，也可以说，广义的电磁学包含了经典电动力学。
感应电动势的大小计算公式 1)E＝nΔΦ/Δt（普适公式）｛法拉第电磁感应定律，E：感应电动势(V)，n：感应线圈匝数，ΔΦ/Δt:磁通量的变化率｝
2)E＝BLVsinA(切割磁感线运动)E=BLV中的v和L不可以和磁感线平行，但可以不和磁感线垂直，其中sinA为v或L与磁感线的夹角。｛L:有效长度(m)｝ 3)Em＝nBSω（交流发电机最大的感应电动势）｛Em:感应电动势峰值｝ 4)E＝BL2ω/2（导体一端固定以ω旋转切割）｛ω:角速度(rad/s)，V:速度(m/s)｝
磁通量Φ＝BS{Φ:磁通量(Wb),B:匀强磁场的磁感应强度(T),S:正对面积(m2)}计算公式△Φ=Φ1-Φ2，△Φ=B△S=BLV△t 感应电动势的正负极可利用感应电流方向判定｛电源内部的电流方向：由负极流向正极｝ 自感电动势E自＝nΔΦ/Δt＝LΔI/Δt｛L:自感系数(H)(线圈L有铁芯比无铁芯时要大)，ΔI:变化电流，∆t:所用时间，ΔI/Δt:自感电流变化率(变化的快慢)｝
△特别注意Φ，△Φ，△Φ/△t无必然联系，E与电阻无关E=n△Φ/△t。电动势的单位是伏V，磁通量的单位是韦伯Wb，时间单位是秒s。
3电磁对人的灾害性影响
根据医学界相关的研究报考，磁场会使人体产生严重的危害性病变和思维的延续变化。如果人类长期生活在强磁场范围内，会导致内分泌紊乱失调，大脑也会产生不正常的延续思维，会诱发人体的某些潜能和特殊的功能变化，也会诱发癌症。在大都市中，由电网和通讯网络产生的不同频段的电磁波辐射，已经给人类带来了诸多不利因素。……
人类社会正在遭受着多种电磁波辐射灾害，而这种灾害是无法看到的一种潜在的破坏性因素，它将导致人类的脑思维系统产生超越常规的病态和不健康的心态、精神失常、性情暴躁、内分泌失调、烦躁多梦、疑神疑鬼、心悸不安。在这种情况下也极易产生不正常的肢体举动。比如在夜间，人类大脑会产生比较特殊的梦境联想状态，像性爱的梦遗、恐怖的梦境、已故亲人的托梦、凶杀与暴力、发财与死亡、穿越时空等等梦中的联想。
（1）如果工作在强大的磁场区域间，应尽量避免接触或远离磁场源，最好的方法是建造防磁场辐射干扰的无磁场区域空间建筑。
（2）凡是经常接触强磁场辐射源的，应当定期进行人体健康检查，并形成短期的循环换班制度。
（3）无线电通讯设备不能长期携带在身体上，不用时则应当与人体保持一定的距离。（4）尽量少用或不用无线电通话，以防电磁辐射给人体带来不必要的影响。（5）减少家用电器的使用，要勤动手，多活动。（6）在欣赏音乐时，应当避免长时间头戴耳机。（7）不要滥用磁疗设备，要遵医嘱。
（8）远离无线电发射装置以及强磁场的区域范围。
（9）居民住宅应当避开高压输电网络，最低间距应当在300米以外。
（10）建设强大的电磁波发射场地应当远离居民区，其间距不得低于5000米。电磁质量
电子质量中起源于电磁场的部分。它的数值可以从匀速运动电子的电磁场动量或依据，质能关系式从静止电子的静电场能量作出估计。在电子论的发展初期，曾假定电子的电磁质量等于在实验中测定的质量。并由此算出他的半径，这半径称为电子的经典半径。
当物体具有电场或具有磁场时，对此物体进行电屏蔽或磁屏蔽，用天平称量，全部装置（包括屏蔽体），称量出的数据与未有电场或磁场是不相同的。
天平称量得到的数据是质量，由于对物体进行了屏蔽，称量过程对天平是没有干扰。称量结果数据是有效的。
由此，对同一物体来说，除了常规质量，还存在电磁质量。
电磁选矿
1、用电磁场的磁力选矿
2、磁力选矿和电力选矿的总称 电磁辐射又称电子烟雾，是由空间共同移送的电能量和磁能量所组成，而该能量是由电荷移动所产生；举例说，正在发射讯号的射频天线所发出的移动电荷，便会产生电磁能量。电磁“频谱”包括形形色色的电磁辐射，从极低频的电磁辐射至极高频的电磁辐射。两者之间还有无线电波、微波、红外线、可见光和紫外光等。电磁频谱中射频部分的一般定义，是指频率约由3千赫至300吉赫的辐射。
