電磁加速器的原理及應(yīng)用

1、電磁加速器的原理及應(yīng)用摘要：當(dāng)代物理學(xué)發(fā)展極其迅速，各種新奇的機(jī)械裝置都是層出不窮， 極大地提高 了我們的生活水平，并且節(jié)約了能源。這都要?dú)w功于人類的智慧以及對(duì)物理學(xué)的 深入研究。電磁學(xué)作為物理學(xué)中的一大板塊，對(duì)人類來(lái)說(shuō)自然是很重要而且極具 發(fā)展前途的，依據(jù)電磁學(xué)的原理，人們已經(jīng)制出了包括電磁鐵起重機(jī)、電視的顯 像管、回轉(zhuǎn)加速器和電磁加速器等等的一系列應(yīng)用到電磁感應(yīng)的原理來(lái)工作的裝 置。其中的電磁加速器是現(xiàn)在各個(gè)大國(guó)都在研究的熱門領(lǐng)域，利用電磁加速可以在更加環(huán)保的條件下獲得更好的加速效果，在戰(zhàn)略性武器和航空航天領(lǐng)域都有著 十分廣闊的前景。下面我們來(lái)探究一下電磁學(xué)原理在電磁加速器中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞

2、：物理學(xué)、電磁學(xué)、電磁加速器、原理及應(yīng)用、前景;正文：要了解電磁加速器的原理，首先要了解電磁學(xué)的原理和什么是電磁加速器。需要了解的電磁學(xué)知識(shí)：1. 電流磁效應(yīng)：通電導(dǎo)體周圍會(huì)形成磁場(chǎng)，由丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特提出。2. 安培力：通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中所受的磁場(chǎng)力，為紀(jì)念物理學(xué)家安培而得以 命名。3. 磁感應(yīng)強(qiáng)度：描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量，符號(hào) B。磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是特 斯拉，簡(jiǎn)稱特，符號(hào)T，1 T =1 N/A m4. 判斷電流周圍磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的右手定則和判斷安培力方向的左手定則，由科學(xué)家們通過(guò)觀察并總結(jié)而得，原理較簡(jiǎn)單，在此不做詳細(xì)說(shuō)明。電磁加速器：利用電磁力提升和推動(dòng)物體，或者把物體加速到超高速 (

3、3km/s)的裝置?；驹砣鐖D。物體圖2如圖，高壓電源，開(kāi)關(guān)，導(dǎo)軌和物體（若物體本身不導(dǎo)電，則在物體底面加 上一個(gè)可以導(dǎo)電的電樞）組成回路（如圖1），使兩導(dǎo)軌有反向電流通過(guò)，根據(jù) 安培右手定則可知導(dǎo)軌中間會(huì)產(chǎn)生很大的同向磁場(chǎng)（如圖 2,方向向下），再根 據(jù)左手定則，可知電樞受一個(gè)如圖2所示的，方向向前的力F。根據(jù)安培力公式：F=ILB又根據(jù)動(dòng)量定理：v=Ft/m可知加速物體至一個(gè)很大的速度，需要有足夠長(zhǎng)的導(dǎo)軌（提供時(shí)間）和足夠 大的電流，并盡可能減少軌道與物體間的摩擦。這便是簡(jiǎn)單的電磁加速器的原理。接下來(lái)就來(lái)看看電磁加速器的應(yīng)用吧，高端的技術(shù)只有用在合適的地方才能 凸顯其咼端所在。應(yīng)用一：電

4、磁軌道炮電磁軌道炮（磁軌炮）我們經(jīng)常在很多影視作品中看到， 我們也為其絢麗的 效果和巨大殺傷力所震駭。而在實(shí)際中，各國(guó)也將磁軌炮的發(fā)展作為重點(diǎn)研究對(duì) 象。磁軌炮作為一種利用電磁發(fā)射技術(shù)制成的一種先進(jìn)的高科技設(shè)備在許多發(fā)面 都有著重要的應(yīng)用，而與傳統(tǒng)的大炮在原理上有著重要的區(qū)別。美國(guó)于1982年研制成功實(shí)驗(yàn)級(jí)磁軌炮,彈丸質(zhì)量317g、初速4200m/ s。1992年夏,美國(guó)研制成功世界上第一套完整的9MJ靶場(chǎng)磁軌炮,并在陸軍試 驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行了發(fā)射試驗(yàn)，邁出了電磁炮走出實(shí)驗(yàn)室的第一步。該炮是一個(gè)連續(xù)發(fā)射系統(tǒng),全重25t ,能以25004000m/s的初速齊射9發(fā)彈丸,炮口動(dòng)能9MJ介于磁軌炮需要極大的

5、電流作為發(fā)射動(dòng)力(約79MA),所以僅靠電源來(lái)產(chǎn)生電流是不行的，一般都要用到很大的電容蓄電組，蓄電后短時(shí)間放電以達(dá)到 所需的電流大小。所以會(huì)有蓄電時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)軌易損壞等問(wèn)題，尚有待完善。而且 目前已經(jīng)研發(fā)出了更為穩(wěn)定，但造價(jià)更高昂的線圈加速型電磁炮和電熱電磁炮， 都屬于電磁加速器的家族，只是原理略有不同。應(yīng)用二：發(fā)射衛(wèi)星(設(shè)想)因?yàn)榛鸺某杀竞褪褂么螖?shù)的限制， 使火箭在應(yīng)用中會(huì)產(chǎn)生許多的問(wèn)題，而 用類似電磁加速器的裝置更適應(yīng)未來(lái)的要求，可以帶來(lái)極大的方便并節(jié)省經(jīng)費(fèi)， 所以科學(xué)家們?cè)谘芯坑秒姶偶铀倨鱽?lái)發(fā)射衛(wèi)星用以替代火箭的技術(shù)。火箭發(fā)射的有效載荷和火箭質(zhì)量比很小， 且為一次性，發(fā)射成本高，綜合評(píng)

6、估，發(fā)射一千克有效載荷需20008000美元。而電磁發(fā)射器可重復(fù)使用，發(fā)射成 本低，每千克有效載荷僅11.5美元。科學(xué)家們?cè)O(shè)想先用電磁發(fā)射器把火箭加速 到1.6km/s，然后火箭點(diǎn)火，將有效載荷加速到11km/s。這樣能極大的提高火箭 的使用效率，節(jié)省燃料。總結(jié)：電磁加速器在軍事領(lǐng)域和航天領(lǐng)域的廣闊前景相信大家都已經(jīng)看到了， 也對(duì) 電磁加速器的原理有了一個(gè)比較基本的了解。 可以確定的是，應(yīng)用了電磁加速器 的裝置將會(huì)變得更加小型化和日?；⒃谖覀兊纳钪械玫角‘?dāng)?shù)倪\(yùn)用。物理學(xué)界的研究成果毫無(wú)疑問(wèn)能帶給人類極大的好處，并推動(dòng)社會(huì)的發(fā)展和 進(jìn)步。所以說(shuō)物理與我們的生活息息相關(guān)， 將來(lái)打算投身于物理學(xué)研究的同學(xué)們 自然要在現(xiàn)在學(xué)好物理，而將來(lái)打算在其