劉恩克:結作雙葩合一枝——電與磁的攜手與出擊 【雲裡·悟理-第24課】

2021-02-25 中科院物理所

以麥克斯韋方程組為基礎的電磁感應為人類社會帶來了深刻的變化,一方面的表現是能量的轉換,另一面的表現是信息的傳遞。現代社會當中我們所利用的風力發電機、水力發電機以及電磁起重、電磁閥、電磁選礦等等都是基於法拉第感應定律。

風力發電以及真空感應熔煉爐

在科學研究當中製備樣品時,我們還採用了一種叫真空感應熔煉的技術,它利用線圈中的交流電流在金屬塊體內產生渦旋電流,從而產生焦耳熱把金屬熔化。另一個重要的應用電磁炮是利用磁力推動作用,將炮彈高速發射出去,它利用的原理是線圈與線圈的相互作用,也就是安培定律。

電磁感應定律的應用在生活當中也是隨處可見,比如衛星導航系統、北鬥導航以及基於北鬥導航的農業機械化作業,包括現在和未來要建立的智慧城市、智能公路等等。現在世界各國也在進行著探月以及火星探測這樣的航天活動。尤其是中國的探月工程,以及今年即將要發射的火星探測器在去年的探月工程當中,我們還利用了在月球上方的鵲橋中繼衛星,包括對這些信息信號的傳遞。

我們也採用了位於地球表面不同洋面上的遠洋測量船來對探測器以及衛星進行信息指令的發送、信息的傳遞等等,這都是利用了無線電波的長距離、高速度的傳輸效應。

就在去年的時候,我國新近建造的500米口徑的射電望遠鏡獲得了一個重要的發現,在通過對宇宙射電波的分析,發現了在4000光年以外存在著一個毫秒級周期的脈衝星,這也是人們利用穿行在宇宙當中的射電波來進行天文觀測。

在1977年,美國發射了旅行者1號深空探測器,在它距離地球60億公裡的地方回身對地球進行了一個拍攝,將地球的照片,也就是一個黯淡的藍點通過電磁波傳回給了地球,現在旅行者1號已經走到了太陽系的外圍,距離地球大概有200億公裡的地方,也正是人們掌握了無線電發射和接收的先進技術,才使得我們能夠走得更遠,看得更遠,對宇宙進行探索。

電磁學理論的核心——麥克斯韋方程組,揭示了電場與磁場在空間和時間的相互轉化,並且揭示了它所蘊含的對稱美,被稱為人類最偉大的公式。關於這個公式,有一個這樣的評價說宇宙間任何的電磁現象,皆可由此方程組解釋,通過這一方程組可以計算出宇宙中一切光、電、磁現象的規律。更多的電磁奧秘等待著更多有志向的年輕人投入到我們無盡的探索和發現中去。

在這裡遇見新物理,在這裡洞見新未來,我是中科院物理所副研究員劉恩克。這節課的講解希望能夠讓同學們對電磁學的發展背景有一個簡單的了解,謝謝大家!

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