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电磁连续介质力学简介

2022/07/16131 作者:佚名
导读:又称电磁连续统理论或连续介质电动力学。它的学科基础是电动力学与连续介质力学。如果有电流和电荷存在于连续介质中,它们在电磁场作用下产生的电磁力将影响连续介质的运动或变形。反过来,连续介质的运动或变形将改变电流、电荷的分布,又影响了电磁场。电流包括传导电流、磁化电流、极化电流,电荷包括自由电荷、束缚电荷。这里把学科内容限于讨论宏观现象,而不涉及微观现象;限于讨论低速运动,而不涉及接近光速的高速运动,如

又称电磁连续统理论或连续介质电动力学。它的学科基础是电动力学与连续介质力学。如果有电流和电荷存在于连续介质中,它们在电磁场作用下产生的电磁力将影响连续介质的运动或变形。反过来,连续介质的运动或变形将改变电流、电荷的分布,又影响了电磁场。电流包括传导电流、磁化电流、极化电流,电荷包括自由电荷、束缚电荷。这里把学科内容限于讨论宏观现象,而不涉及微观现象;限于讨论低速运动,而不涉及接近光速的高速运动,如相对论情形;限于讨论缓变、低频现象,而不涉及迅变、高频现象,如电磁波;限于讨论可变形介质,而不涉及刚体。多数宏观物质运动符合这些条件。另外,在很多问题中还同时包括热力学。连续介质则因物态的不同,使电磁连续介质力学可分为以下三类分学科。①电磁流体力学。主要研究电磁场与导电流体或磁性流体的相互作用问题。1832年,M.法拉第根据电磁感应原理,提出通过测量泰晤士河两岸的电位差推算河水流量,但测量没有成功。学科大约建立于20世纪40年代。学科涉及范围很广,如自然界的地磁场起源,地球附近的电磁环境,太阳风对地球的影响以及天体物理中很多问题等。再如研制未来人类的新能源——海水中氘的核聚变问题以及各种工程技术问题。②电磁固体力学。研究电磁场与具有电磁性质的可变形固体的相互作用问题。这些固体包括导体、超导体、铁磁(电)材料、压电(磁)材料以及磁(电)致伸缩材料等。压电材料、铁电材料(具有压电性)和磁致伸缩材料是常见的智能材料。如压电现象在1880年就已发现,学科基础也于19世纪60年代建立,但这门学科的发展和开始建立是在20世纪70年代,由于磁悬浮技术和聚变反应堆超导载流磁体的需要而促进发展的。首先建立的是铁磁介质的磁弹性力学。80年代,建立相对于运动介质的电磁弹性力学,其理论模型仍在不断改善中。同时,还研究一些特殊材料的磁学——固体力学耦合效应,如压磁材料和磁致伸缩材料。研究一些特殊材料的电学——固体力学耦合效应,如压电材料、铁电材料和电致伸缩材料。由于信息技术、微机电器件的快速发展,兴起了一门新学科——力电学,它研究微机电系统中力电耦合现象等,是一门力学、电磁学和控制论之间的交叉学科。微机电系统的尺度是从1微米到1毫米,多种情况仍然可利用宏观理论。工程技术界称力电学为机电一体化,认为是指微装置和微技术,因为系统包括微传感器、微控制器和微执行器这样的自动控制微器件。电磁固体力学的应用范围还包括医疗器械、超大规模集成电路、超声、电声技术、材料科学和宇航等。③电磁流变学。研究电磁场与导电的或磁性的非牛顿流体的相互作用问题,包括电流变学和磁流变学。非牛顿流体是界于流体和固体之间的介质。电流变流体和磁流变流体都是非牛顿流体,它们都是根据工程技术的需要而人工研制的稳定悬浮液,又称智能材料。特点是在电场(磁场)作用下,介质可在液态–固态之间快速(如毫秒之间)转换。因此,对于振动中的阻尼、传动中的转速和扭矩等,具有无级调节和控制的功能,即可用作执行器,也可用作微机电系统的微执行器。电流变学研究电流变流体与电磁场的相互作用,磁流变学研究在静磁场的作用下磁流变流体的运动规律。电流变学是建立在电流变效应之上,这是19世纪末期发现的。20世纪40年代,W.M.温斯洛提出一个电流变离合器的专利,随后建立电流变学理论。同时温斯洛也提出磁流变效应,但是直至90年代,磁流变学才重新开展研究。上面提到的智能材料均与材料的电磁性质有关。由于高新技术对智能材料的需要,相应的几门学科发展很快。力学学科领域内,电磁连续介质力学属于理性力学,或称电磁连续统理论。在理论物理学领域内,电磁连续介质力学属于连续介质电动力学,但后者范围更广,包括微观现象(作为宏观理论基础)、高速以及高频现象。 2100433B

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