物理學(xué)原理在工程中的應(yīng)用

物理學(xué)原理在工程技術(shù)中的應(yīng)用

班級(jí)：14090742學(xué)號(hào)：1409074201姓名：張三電磁技術(shù)在化學(xué)與工程技術(shù)中的應(yīng)用電磁是丹麥科學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)的。電磁現(xiàn)象產(chǎn)生的原因在于電荷運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生波動(dòng)，形成磁場(chǎng)，因此所有的電磁現(xiàn)象都離不開磁場(chǎng)。麥克斯韋關(guān)于變化電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)的假設(shè)，奠定了電磁學(xué)的整個(gè)理論體系，從而深刻地影響著人們認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的思想。電磁技術(shù)是一門應(yīng)用廣泛、覆蓋面廣的綜合性技術(shù),廣泛存在于物質(zhì)世界。進(jìn)入20世紀(jì)后,隨著各個(gè)學(xué)科的發(fā)展,電磁技術(shù)與各相關(guān)學(xué)科相互交叉滲透,目前已經(jīng)應(yīng)用到節(jié)能、環(huán)保、機(jī)械、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、生物、國(guó)防等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的磁學(xué)已經(jīng)發(fā)展成基礎(chǔ)磁學(xué)、材料磁學(xué)、應(yīng)用磁學(xué)和邊緣磁學(xué)等多個(gè)分支。電磁技術(shù)在新型材料制備方面的應(yīng)用起步較晚,但發(fā)展迅速,其應(yīng)用范圍仍在不斷擴(kuò)大,目前已經(jīng)形成多學(xué)科交融、工藝手段多樣且應(yīng)用靈活廣泛的研究領(lǐng)域。電磁技術(shù)的應(yīng)用形式按照電磁場(chǎng)生成方式的不同和使用形式的差異,將電磁場(chǎng)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用形式分為:電磁攪拌、電磁鑄造、電磁制動(dòng)、電磁凈化、電磁感應(yīng)加熱、電磁懸浮和強(qiáng)磁場(chǎng)技術(shù)等。一、電磁攪拌電磁攪拌是指利用電磁感應(yīng)產(chǎn)生的作用力來推動(dòng)液態(tài)金屬有規(guī)律運(yùn)動(dòng)的過程。就交流感應(yīng)而言,其原理同異步電機(jī)相似,由多相(兩相或三相)線圈繞組產(chǎn)生行波磁場(chǎng)或旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),在導(dǎo)電的液態(tài)金屬中產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流與磁場(chǎng)作用產(chǎn)生電磁力,對(duì)液態(tài)金屬起攪拌作用。電磁攪拌的實(shí)質(zhì)就是在電磁力的作用下加速鑄坯內(nèi)液態(tài)金屬的運(yùn)動(dòng),從而改善液態(tài)金屬凝固過程中的流動(dòng)、傳熱和遷移過程,達(dá)到改善鑄坯質(zhì)量的目的。在金屬凝固過程施加電磁攪拌,能有效改善凝固組織、增加等軸晶率、減少非金屬夾雜物、減輕偏析等缺陷。結(jié)晶器電磁攪拌可有效改善連鑄坯的中心縮孔,在高過熱度澆鑄條件下(大于35℃)改善縮孔的效果明顯。結(jié)晶器電磁攪拌能有效改善高碳鋼的中心偏析,降低鑄坯中全氧,并能有效去除鋼水中的氧化物夾雜。二、電磁鑄造20世紀(jì)60年代,前蘇聯(lián)學(xué)者Getselev發(fā)明了電磁鑄造技術(shù),它是一種無模半連續(xù)鑄造技術(shù),用單匝水冷銅線圈電磁感應(yīng)器替代普容連鑄中的結(jié)晶器,是利用電磁力支撐和約束液體金屬立柱成型的新型連續(xù)鑄造工藝。當(dāng)感應(yīng)器中通入交變電流時(shí),產(chǎn)生交變電磁場(chǎng),磁場(chǎng)作用于液體金屬形成與方向相反的感應(yīng)電流,磁場(chǎng)與感應(yīng)電流交互作用產(chǎn)生指向線圈中心方向的電磁力。液態(tài)金屬在這種電磁力支撐下以感應(yīng)器內(nèi)腔形狀為基礎(chǔ)成型,同時(shí)鑄機(jī)帶動(dòng)鑄錠下移,液面上方不斷供給金屬液,感應(yīng)器下端的冷卻水噴向鑄錠,使金屬液冷卻成型。為了保證澆注液面平穩(wěn),在忽略熔體表面張力時(shí),熔體上的靜壓力應(yīng)該與電磁壓力相等,并引入內(nèi)部通水冷卻的不銹鋼屏蔽罩屏蔽部分電磁力,以保證液柱側(cè)面呈垂直狀態(tài),此外,它還有抑制溶液過度攪拌的作用。在電磁鑄造過程中，液態(tài)金屬和感應(yīng)器不接觸,在自由表面的狀態(tài)下成型,并伴生電磁攪拌作用,因此,電磁鑄造比其普通鑄造具有更加優(yōu)良的鑄錠表面質(zhì)量和組織性能等。三、電磁感應(yīng)加熱電磁感應(yīng)加熱是指應(yīng)用電磁場(chǎng)來加熱金屬的技術(shù),其原理是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律和焦耳-楞茨定律。當(dāng)銅制線圈內(nèi)通入一定頻率的交流電后,電流在其周圍空間和導(dǎo)體內(nèi)部激發(fā)出交變磁場(chǎng),處于線圈內(nèi)部的金屬爐料內(nèi)會(huì)產(chǎn)生