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有电必有磁,反之有磁必有电吗?尖端应用来源于经典!

基本物理学告诉我们有电必有磁,这是不容置疑的基本常识。中学物理告诉我们:“由作电子质量大于磁场粒子质量,电子跃迁惯性所产生的动力大于磁场粒子的惯性,故而推动磁场,所以有电必有磁”。

图1线圈切割磁力线产生的洛伦兹力

但是反过来有磁不一定有电。因为磁场粒子只有达到一定的运动速度所产生的动能才能克服电子惯性而推动电子。也就是说弱磁场不能产生电荷。换句话说,就是磁场运动必须与电子产生切割,不能产生切割的是不会有电的。所以,有磁不一定有电。

一、基础理论是尖端应用技术的源泉

从经典物理学原理经催生出的许多尖端应用技术,这是不争的事实。其中,电磁学的贡献十分突出。比如中学物理学中的螺线管加电能产生磁场力启迪了科学家和应用技术技术工程师们的想象力,开发出了付诸应用的大能量电磁装置。諸如航空母舰上的飞机弹射起飞系统和船舰载电磁炮等。由此说明科学基础理论研究是尖端应用技术的源泉。因此,加强基础理论研究是追赶世界先进技术的有力手段。可以想象从经典理论中将会拓展更宽的应用领域去替代这些领域的落后技术和设备。

图2早期的航空母舰飞机蒸汽弹射系统

二、基础电磁学理论衍生出尖端电磁弹射系统

没有电磁弹射器之前,庞大复杂的蒸汽弹射系统占居并浪费了航母的许多宝贵空间和有效载荷。所以人们不得不另劈蹊径研发轻巧高效的弹射系统,这就是电磁弹射系统。其实,电磁弹射系统原理非常简单。当通电导体在磁场中产生一种力,这就是洛伦兹力。系统由一个滑块和两根导轨组成,外加一个与其垂直的磁场。

图3新型电磁弹射系统

图4弹射系统结构原理图

电磁弹射系统基本模型很简单,从图4就是一个滑块和两根导轨,外加一个与其垂直的磁场,当接通直流电时,滑块受到洛伦磁力向前加速而带动飞机助跑。

图5航空母舰飞机弹射起飞系统

三、基础电磁学理论衍生出尖端动能杀器“电磁炮”

电磁炮是采用电磁发射技术产生的巨大推力的一种先进动能杀伤性武器。与传统大炮将火药燃气澎涨力推动弹丸不同,电磁炮是利用电磁系统中电磁场产生的洛伦兹力来对金属炮弹加速,从而达到目标打击所需的动能。电磁炮可以大大提高弹丸的速度和射程。

电磁炮系统的核心技术是快速聚能系统,也就是瞬间提供能量的电源系统。早期的电磁炮只所以用途受到限制,是因为并未解决供电问题。一门射程达千公里的电磁炮在发射炮弹时,瞬间所需电源大约一座小型火力发电厂的全部输出电能。所以,可见早期电磁炮严重缺乏机动性。一旦解决了高能电原电磁炮之威力如虎添翼。

图6舰船机动电磁炮原型

四、基础电磁学理论衍生出战术无人机车载弹射器

无起落装置的无人机放飞通常采用火箭作为助推来发射。5公斤级以下的则采用手拋起飞。但是,另一类无人机则在8公斤至30公斤级以内,手拋不可能实现,火箭助推成本过高,然而战术无人机车载弹射器就是最佳的应用。

图6车载无人机电磁弹射起飞装置

图7无人机与电磁弹射器的装配联接

结语:可以预见,在现代应用技术工程师丰富的想象力推动下,不仅电磁学,化学、工程力学、流体力学等众多的基础理论将不断衍生出具体的全新的应用工程装备。

SOLDIER History Today

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