对电磁波在空气中传播现象的研究
云南 云维集团电仪公司 云南曲靖 黄兆荣 （６５５３３８）
摘要：本文作者对在生活和工作中观察到的电磁波现象进行分析研究，经过多次试验得到一种新的认识，即电磁波在空气中传播并不是电场和磁场交替变化向四周传播的，而是只有磁场组成的磁粒子在空气中相互变化传播。而且磁场发出的磁波是横波。
关键词：电场 磁场 磁波 电磁传换
Research of Phenomenon of Electromagneti Transit in The Air
YunNan YunWei co; ltd Huang Zhao Rong
Abstract: This paper descrilt the phenomenon of electromafneti in live and work . penpaper.do many testing olsearatin and analysis, then catch a new Rnowledge; The electromagneti propaga in the Air is not electric field instand of magnetic field; but only element of magnetic fitld propagain to the Air and the magnetic field send out shear wave transvtrst ware
Key Words: electricl field; magnetic maynetie field magnetic wrrent
—、在生活工作中观擦到下列现象：
在高压输电线（6KV）旁用高压验电器验电时，还没有接触到裸线验电器就发出声光报警，而在同样电压级的高压输电缆的绝缘层上用同—个验电器验电时则不会发出声光报警。用验电笔验低压电也会有同样的现象。
高压电气设备做耐压试验时，电压超过—定数值时，设备和线路就会发出“兹兹”的放电声，并产生臭氧。
所有的电动机，通上电源（定子中的线圈）就产生旋转磁场，转子中闭合回路就产生电流，电流在磁场中受到力，转子就会转动。
电子产品开发过程中，为了减小高频、变频部分对外电路的干扰，用屏蔽罩对其屏蔽并接地，另外还会将线圈用金属罩以屏蔽并接地。
电磁炉的工作原理和结构。
永久磁铁的磁场是变化的。
高压静电除尘的原理。
赫兹实验
二、对上述现象分析：
大家知道，当电压值超过安全电压时，就会电击人或损坏设备，而磁场则不会击人。下面对上述现象进行逐项分析。
1、在高压输电线（6KV）旁用高压验电器验电时，还没有接触到裸线验电器就发出声光报警，而在同样电压级的高压输电缆的绝缘层上用同—个验电器验电时则不会发出声光报警。用验电笔验低压电也会有同样的现象：电力线路的交变电流在周围空间产生交变磁场，在邻近的通信线路上感生沿导线长度方向的电动势，在导线上产生横向电压。验电器和验电笔都是用验证被验对象是否带电。验电器有6KV、35KV 110KV 220KV等。验电器发出声光报警表示被验对带电，反之成立。同样的电压等级电能用电缆来输送，用验电器在绝缘层周围验电就不会发出声光报警。表明绝缘层周围沒电。如果屏蔽层不接地，便可以测到屏蔽层对地电压。这是交变磁场在金属屏蔽感应出电压。这说明电场可以被绝缘层隔离悼，而磁场则不能被绝缘层隔离。电场离带电体一定距离后电场就自然被衰减了。电场影响 输电线下或附近的架空通信电缆承载钢绞线、电缆铜芯线等金属构件，因电容耦合产生感应电压，当线路维护人员接触它时会有电击的感觉。架空通信电缆金属构件上的静电感应具有很高的电位，在人体接触瞬间会通过电火花对人放电，使接触点处的电流密度很大，对人体产生刺痛感，同时输电线通过对架空电缆的电容耦合，会有持续电流流过人体。当电流超过一定值时，会刺激心脏肌肉，使人产生痉挛颤动，破坏心脏的正常活动规律。架空高压输出线路上面的避雷线上如不接地，其感应电压是很高的，它是带电裸线产生交变磁场感应所致。如果是电场感应到接地线上保护电路则会跳闸。
2、高压电气设备做耐压试验时，电压超过—定数值时，设备和线路就会发出“兹兹”的放电声，并产生臭氧：这是说电场作用空间时发出声音和一定产物，低压电的电场跟本不可能对外作用．高压电场产生臭氧与紫外线的效－致。 输电线路电晕放电产生的电磁噪声与有同一声压级的一般环境噪声相比，更令人厌烦。
3、所有的电动机，通上电源（定子中的线圈）定子就产生旋转磁场，转子中的闭合回路就会产生电流，电流在磁场中受到力，转子就转动：异步电动机是如何转动起来的异步电动机定子上有三相对称的交流绕组；模型图 三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，将在电机气隙空间产生旋转磁场；转子绕组的导体处于旋转磁场中；
示意图
转子导体切割磁力线，并产生感应电势，判断感应电势方向。 转子导体通过端环自成闭路，并通过感应电流。感应电流与旋转磁场相互作用产生电磁力，判断电磁力的方向。电磁力作用在转子上将产生电磁转矩，并驱动转子旋转。
三相异步电动机的旋转原理： 三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场，三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。我们知道，但相电源相与相之间的电压在相位上是相差120度的，三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差120度，这样，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场，其产生的过程如图1所示。图中分四个时刻来描述旋转磁场的产生过程。电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一周，即旋转磁场的旋转速度与电流的变化是同步的。旋转磁场的转速为：n=60f/P 式中f为电源频率、P是磁场的磁极对数、n的单位是：每分钟转数。根据此式我们知道，电动机的转速与磁极数和使用电源的频率有关，为此，控制交流电动机的转速有两种方法：1、改变磁极法；2、变频法。以往多用第一种方法，现在则利用变频技术实现对交流电动机的无级变速控制。 观察图1还可发现，旋转磁场的旋转方向与绕组中电流的相序有关。相序A、B、C顺时针排列，磁场顺时针方向旋转，若把三根电源线中的任意两根对调，例如将B相电流通入C相绕组中，C相电流通入B相绕组中，则相序变为：C、B、A，则磁场必然逆时针方向旋转。利用这一特性我们可很方便地改变三相电动机的旋转方向。 定子绕组产生旋转磁场后，转子导条（鼠笼条）将切割旋转磁场的磁力线而产生感应电流，转子导条中的电流又与旋转磁场相互作用产生电磁力，电磁力产生的电磁转矩驱动转子沿旋转磁场方向以n1的转速旋转起来。一般情况下，电动机的实际转速n1低于旋转磁场的转速n。因为假设n=n1，则转子导条与旋转磁场就没有相对运动，就不会切割磁力线，也就不会产生电磁转矩，所以转子的转速n1必然小于n。为此我们称三相电动机为异步电动机。
单相交流电动机的旋转原理
单相交流电动机只有一个绕组，转子是鼠笼式的。当单相正弦电流通过定子绕组时，电动机就会产生一个交变磁场，这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化，但在空间方位上是固定的，所以又称这个磁场是交变脉动磁场。这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场，当转子静止时，这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩，使得合成转矩为零，所以电动机无法旋转。当我们用外力使电动机向某一方向旋转时（如顺时针方向旋转），这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小；转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大。这样平衡就打破了，转子所产生的总的电磁转矩将不再是零，转子将顺着推动方向旋转起来。 要使单相电动机能自动旋转起来，我们可在定子中加上一个起动绕组，起动绕组与主绕组在空间上相差90度，起动绕组要串接一个合适的电容，使得与主绕组的电流在相位上近似相差90度，即所谓的分相原理。这样两个在时间上相差90度的电流通入两个在空间上相差90度的绕组，将会在空间上产生（两相）旋转磁场，如图2所示。在这个旋转磁场作用下，转子就能自动起动，起动后，待转速升到一定时，借助于一个安装在转子上的离心开关或其他自动控制装置将起动绕组断开，正常工作时只有主绕组工作。因此，起动绕组可以做成短时工作方式。但有很多时候，起动绕组并不断开，我们称这种电动机为电容式单相电动机，要改变这种电动机的转向，可由改变电容器串接的位置来实现。 在单相电动机中，产生旋转磁场的另一种方法称为罩极法，又称单相罩极式电动机。此种电动机定子做成凸极式的，有两极和四极两种。每个磁极在1/3--1/4全极面处开有小槽，如图3所示，把磁极分成两个部分，在小的部分上套装上一个短路铜环，好象把这部分磁极罩起来一样，所以叫罩极式电动机。单相绕组套装在整个磁极上，每个极的线圈是串联的，连接时必须使其产生的极性依次按N、S、N、S排列。当定子绕组通电后，在磁极中产生主磁通，根据楞次定律，其中穿过短路铜环的主磁通在铜环内产生一个在相位上滞后90度的感应电流，此电流产生的磁通在相位上也滞后于主磁通，它的作用与电容式电动机的起动绕组相当，从而产生旋转磁场使电动机转动起来。
同步电动机的原理 同步电动机是属于交流电机，定子绕组与异步电动机相同。它的转子旋转速度与定子绕组所产生的旋转磁场的速度是一样的，所以称为同步电动机。正由于这样，同步电动机的电流在相位上是超前于电压的，即同步电动机是一个容性负载。为此，在很多时候，同步电动机是用以改进供电系统的功率因素的。同步电动机在结构上大致有两种： 转子用直流电进行励磁。这种电动机的转子如图1所示，从图中可看出来，它的转子做成显极式的，安装在磁极铁芯上面的磁场线圈是相互串联的，接成具有交替相反的极性，并有两根引线连接到装在轴上的两只滑环上面。磁场线圈是由一只小型直流发电机或蓄电池来激励，在大多数同步电动机中，直流发电机是装在电动机轴上的，用以供应转子磁极线圈的励磁电流。 由于这种同步电动机不能自动启动，所以在转子上还装有鼠笼式绕组而作为电动机启动之用。鼠笼绕组放在转子的周围，结构与异步电动机相似。 当在定子绕组通上三相交流电源时，电动机内就产生了一个旋转磁场，鼠笼绕组切割磁力线而产生感应电流，从而使电动机旋转起来。电动机旋转之后，其速度慢慢增高到稍低于旋转磁场的转速，此时转子磁场线圈经由直流电来激励，使转子上面形成一定的磁极，这些磁极就企图跟踪定子上的旋转磁极，这样就增加电动机转子的速率直至与旋转磁场同步旋转为止。这些都磁场作用，电场被绝缘层隔离了。电场与磁场转换还是磁场与电场的转换都是借助金属物体来转换的，沒有金属体就不能转换。
4、电子产品开发过程中，为了减小高频、变频部分对外电路的干扰，用屏蔽罩对其屏蔽并接地，另外还会将线圈用金属罩以屏蔽并接地。
屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。具体讲，就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散；用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。因为屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量（涡流损耗）、反射能量（电磁波在屏蔽体上的界面反射）和抵消能量（电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场，可抵消部分干扰电磁波）的作用，所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。电磁屏蔽体对电磁的衰减主要是基于电磁波的反射和电磁波的吸收。主要是屏蔽动磁场，因为电流经过线圈后就转换为磁场了。
5、电磁炉的工作原理和结构： 电磁炉作为厨具市场的一种新型灶具。它打破了传统的明火烹调方式采用磁场感应电流（又称为涡流）的加热原理，电磁炉是通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质锅具底部放置炉面时，锅具即切割交变磁力线而在锅具底部金属部分产生交变的电流（即涡流），涡流使锅具铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能（故：电磁炉煮食的热源来自于锅具底部而不是电磁炉本身发热传导给锅具，所以热效率要比所有炊具的效率均高出近1倍）使器具本身自行高速发热，用来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的。具有升温快、热效率高、无明火、无烟尘、无有害气体、对周围环境不产生热辐射、体积小巧、安全性好和外观美观等优点，能完成家庭的绝大多数烹饪任务。
电磁炉主电路拓扑结构
电磁炉的主电路如图2所示，市电经桥式整流器变换为直流电，再经电压谐振变换器变换成频率为20～30kHz的交流电。电压谐振变换器是低开关损耗的零电压型（ZVS）变换器，功率开关管的开关动作由单片机控制，并通过驱动电路完成。电磁炉的加热线圈盘与负载锅具可以看作是一个空心变压器，次级负载具有等效的电感和电阻，将次级的负载电阻和电感折合到初级，可以得到等效电路。它也是通过磁场透过空间才能对外传递能量，电场被绝缘层阻止了。
6、永久磁铁的磁场是变化的：永久磁铁的磁场能穿透很多物体，强度也在不断变化。磁场实质上是磁元素的集合，只是磁离子密度大一些，在自然界很多物质中都含有磁元素。磁元素与其它物质—样，有热运行，当有对磁元素运动阻尼小的物质（如铁酸亚铁），它便会朝阻尼小的方向波动，且磁离子密度显著增加，形成磁场。
７、高压静电除尘原理是：３８０Ｖ调压器调压，调压电压经升压变压器升压（０～
１００ＫＶ）、桥式整流到电极板，阳极接地，当含有粉尘颗粒的气体，在接有高压直流电源的阴极线(又称电晕极)和接地的阳极板之间所形成的高压电场通过时，由于阴极发生电晕放电、气体被电离，此时，带负电的气体离子，在电场力的作用下，向阳板运动，在运动中与粉尘颗粒相碰，则使尘粒荷以负电，荷电后的尘粒在电场力的作用下，亦向阳极运动，到达阳极后，放出所带的电子，尘粒则沉积于阳极板上，而得到净化的气体排出防尘器外。
从高压静电除尘再次可以看出，电场要对外辐射必须要很高的电压，电压低了，电场就不可能对外辐射。
８、赫兹实验： 1868年麦克斯韦从理论预言了电磁波的存在，1888年赫兹通过振荡电偶极子的一系列实验，实现了电磁波的发射和接受，证实了电磁波的存在。
赫兹实验：将两段铜杆沿同一直线架设，在其相临的两端端点上均焊有一个光滑的铜球。两球间留有小的空隙(约0.1mm）,两铜杆分别用导线联接到高压感应圈的两极上。感应圈周期地在两铜球之间产生很高的电势差，当铜球间隙的空气被击穿时，电流往复振荡通过间隙产生电火花，这种赫兹振子就相当于一个振荡电偶极子。
由于电路的的电容和自感均很小，因而振荡频率可高达108Hz，从而强烈地发射出电磁波。由于铜杆有电阻且在空气中产生电火花，因而其上的振荡电流是衰减的，发出的电磁波也是减幅的。但感应圈不断地使空隙充电，振荡电偶极子就间隙地发射出减幅振荡电磁波。
接受电磁波可利用电偶极子共振吸收的原理来实现。用另一个同样的赫兹振子作为接受振子，但不接感应圈，将它放在距发射振子适当距离处，可以使它的两铜球空隙间出现放电火花。
赫兹根据电容器经由电火花隙会产生振荡原理，设计了一套电磁波发生器，赫兹将一感应线圈的两端接于产生器二铜棒上。当感应线圈的电流突然中断时，其感应高电压使电火花隙之间产生火花。瞬间后，电荷便经由电火花隙在锌板间振荡，频率高达数百万周。由麦克斯韦理论，此火花应产生电磁波，于是赫兹设计了一简单的检波器来探测此电磁波。他将一小段导线弯成圆形，线的两端点间留有小电火花隙。因电磁波应在此小线圈上产生感应电压，而使电火花隙产生火花。所以他坐在一暗室内，检波器距振荡器10米远，结果他发现检波器的电火花隙间确有小火花产生。赫兹在暗室远端的墙壁上覆有可反射电波的锌板，入射波与反射波重迭应产生驻波，他也以检波器在距振荡器不同距离处侦测加以证实。赫兹先求出振荡器的频率，又以检波器量得驻波的波长，二者乘积即电磁波的传播速度。正如麦克斯韦预测的一样。电磁波传播的速度等于光速。
从实验原理图可知：当开关断开时，电感产生５～１０倍电源电压多频率的交变电压，电压经电容Ｃ选频，如电压超过空隙放电电压值时，空隙放电产生火花，这时产生频率在—定范围磁波（经过金属物体转换），当某一频率的波长等于圆圈缺囗长度时，在圆圈上产生感生电动势（磁波在金属物体上转换），如开关连续不断开关，则圆圈缺囗也会放电。决不是电场波在空间传递的，因为电场会电击人，很危险的，且超过电场传递的距离时，电场波就无法传递。这套装置与现在空气耐压装置、变压器油耐压装置基本一致，只是沒圆圈接收装置而矣。
三、结论：电磁波在空间的传播实际上是磁波在空间的传播。就像水波传播一样，是磁粒子定向波动所致。
四、结束语：感谢云维股份公司高压试验班和仪表全体同仁的大力支持。
五、参考文献：
１、《工厂常用电气设备手册》编写组 ［工厂常用电气设备手册］ 水利电力出版社 １９８４年１１月第－版
２、天津大学编 ［电力系统继电保护原理］ 电力工业出版社 １９８０年６月第一版
３、东北工学院 耿 毅 主编 ［工业企业供电］ 冶金工业出版社 １９８５年１１月第一版
４、严导淦编 ［物理学］ 高等教育出版社 １９８２年６月第—版
2007 11 11