浅谈电与磁的原理与应用

田倬诚

摘 要：在我们的日常生活中，电磁炉是较为常见的电器。而它就是采用电磁感应的原理进行加热，达到烹饪的效果。电与磁是物理中的重要知识点，它们之间存在着非常紧密的关系。简单说来，在一定情况下，电能产生磁，磁也能产生电。所以，研究电与磁具有一定的现实意义。本文在分析电与磁的产生原理和发展历程的基础上，通过实例对电与磁的应用进行了探讨，以期加强对电与磁的认知。

关键词：电与磁；原理；应用

一、电与磁的产生原理与发展历程

（一）电与磁的产生原理

电与磁是物理中的重要知识点，两者之间存在着紧密的联系。那么电与磁是如何产生的呢？主要有两种解释：第一，电是一种自然现象，也是宇宙中物质的固有属性。物质有正负之分。原子、分子等因正物质与负物质之间强大吸引力的结合而形成，其中最小的带电粒子是电子。电子的自旋运动产生磁场，变化的电场产生磁场。第二，日常生活中，我们都听过电磁场、电磁炉等电与磁在一起的词汇。电磁场、电磁炉等都是应用电磁感应现象制成的。电磁感应指的是电磁场与导体的相互作用而产生电的现象。这一现象让人们对电与磁之间关系的了解更近了一步。

（二）电与磁的发展历程

电与磁的发展历程可以分为初识电与磁、区分电与磁、电与磁的独立发展和统一发展这几个阶段。

电与磁的历史可以追溯到古希腊时期。古希腊科学家泰勒斯通过一系列静电的观察发现，摩擦后，琥珀有了磁性，可以吸引像羽毛等这样的轻小物体。后来，通过摩擦可以吸引其他物质的所有东西都称为“electives”。之后，英国的沃尔特·查尔顿统一名称称之为电。电与磁初次被识别。接着，通过对电磁现象的系统研究，威廉·吉尔伯特对电与磁的性质做了比较，将电与磁进行了区分：磁是磁体本身的性质，而电是要利用摩擦才能产生；磁只能吸引铁质物体，而电能吸引轻小物质等。然后，电与磁就进入了独立发展的阶段。磁极、电荷等陆续被研究。最后，电与磁之间的联系被发现。丹麦人奥斯特（H.C.Oersted）发现了电流磁效应，法国人安培发现了电流与电流间相互作用的规律。人们对电与磁的关系有了新的想象。再后来，法拉第发现了电磁感应定律，电与磁真正地成为一体了。随后，麦克斯韦提出了统一的电磁场理论，不但对定律有了准确的物理解释，还使电与磁之间的关系更加紧密。从此，电与磁之间关系在人们的日常生活和工作中发挥着重要的作用。

二、电与磁的应用

电与磁之间是相互产生、相互作用的关系，即电生磁，磁生电，磁场对其中运动的带电物体产生作用。电与磁的关系被认识后，逐渐应用到人们的生活与工作中。

（一）磁悬浮列车

磁悬浮列车是现代社会高科技发展的产物。与普通的轻轨列车相比，它具有低噪音、低能耗、无污染和高速高效的特点。所以长遠来看，这种新型交通工具具有广阔的发展前景。那么磁悬浮列车是如何实现“若即若离”的基本工作状态呢？它主要是利用“同性相斥、异性相吸”的电磁原理，以电磁力来对抗地球的引力，再通过直线电机的引导，使列车能够在悬浮间隙约1厘米的轨道上正常运行。我国从德国购买的第一辆磁悬浮列车于2003年1月开始在上海运行。更令人骄傲的是，我国首条磁悬浮线路—长沙磁浮线已经成功试车。相信在不久的将来，我国一定会在这方面取得更大的成就。

（二）变压器

变压器是可以变换交流电压、电流和阻抗的一种静止电气设备。它的工作原理如下图所示，主要是利用电磁感应的原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器。具体说来，变压器是由磁芯和线圈组成的，而线圈有两个或两个以上的绕组。其中，连接电源的绕组称之为初级线圈，剩下的绕组称之为次级线圈。当初级电圈中有交流电流时，磁芯就会产生交变磁通，此时，次级线圈就会感应到电流，两者产生电磁联系。根据电磁感应，交变磁通通过两个绕组就能感应出相应的电流。再当变压器空载时，初级电压（U1）/次级电压（U2）=初级圈数（N1）/次级圈数（N2），电压的变化就会出现。

（三）电动机

作为电器和各种机械的动力源，电动机是一种把电能转化成机械能的设备。它主要是依据电磁感应定律和电磁力定律实现机电能量转换的。从结构来看，电动机主要是由定子和转子组成的。受定子绕组旋转磁场的作用，电动机在电枢鼠笼式铝框中有电流通过并在磁场的作用下转动。当我们环顾四周时，机械的运动基本都是由交流电动机或直流电动机产生的。所以，电动机无处不在。

（四）音响

随着社会的进步，人们的生活越来越多姿多彩。演唱会、K歌和家庭用的弹奏乐器等都与音响的使用是分不开的。音响，是音响系统的简称。它的很重要的一样设备是由喇叭单元和箱体组成的音箱。喇叭单元是发声的部件，而箱可以对声音进行修正。喇叭单元的发声原理是由电能向声音的一种转换，这其中也有电子能量与磁铁的磁场互动。

三、电与磁的创新设计——“电子”手表

“电子”手表是运用电与磁的一个创新设计。它的原理是，粒子源可向右发射一定速度与电量的粒子。粒子通过磁场到达接收器。当接收器接收到粒子后，粒子源得到反馈信息，会再次发出粒子。因为粒子在磁场中的运动时间一定，所以从理论上讲，这个装置可以实现计时的目的。

四、总结

电与磁之间有着密切的联系。利用电磁理论，我国的工业、农业、医疗和国防等领域得到技术上的提升。我们更要深刻认识并应用电与磁的关系，为我国的现代化进步做出更大的贡献。

参考文献：

[1]穆爱国，陈宝友.电和磁的发展历程[J].中学物理教学参考，2012（Z1）.

[2]张舒怡.探究高中物理电磁感应的应用[J].中学课程辅导：教学研究，2017，11（26）.