如果可以的话,我觉得这种研究是有意义的,因为如果我们要接收或者发射100KHz的电磁波,需要很长很高的天线,接收也是,但是如果这种方式的辐射效率可以的话,没准还有一些用处,特别是在水下通信上面
[修改于 7年7个月前 - 2017/05/19 19:46:31]
引用 虎哥:这样实际上是没有作用的,原因见上。。
可以用细长的导磁材料当做“天线”,然后用一个很小的磁铁来旋转,这样就容易达到几万转高速,也就是几十k的交变磁场。
引用 radio:有理有据,李菊福!之前思考过这个问题,无奈大学物理还给老师了,没有动手推导过
确实可以。。一个旋转的磁铁可以看作是两个在空间中相差90度相位也相差90度的磁偶极子的叠加。。但是实际使用的话效率可能有点蛋疼。。
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算了下。。把一个半径0.5米的球……
引用 radio:如有异议请指正。补充一下,我说的是交变的长磁场线。
楼上二位真的知道自己在说什么吗。。
引用 refinder:“磁场线的长度”并不算是一个有意义的物理量。。除非把电磁铁做成似类环形变压器那种样子,都会产生延伸到无限远处的磁场线。。其次“通交流电的电磁铁(无穷小环形电流)”本身就是磁偶极子辐射的模型。。
如有异议请指正。补充一下,我说的是交变的长磁场线。
引用 radio:磁铁的N和S极离得远,才能在空间形成磁力线密度高的长磁力线区域。如果离得近,大多数磁力线非常短。想提高辐射效率,要把强而长的磁场线通过交变的场扭成“麻花”才能很好的辐射出去。这和天线一个道理,天线太短了就是个电容器,只有达到一定长度才能高效的辐射交变电场。
“磁场线的长度”并不算是一个有意义的物理量。。除非把电磁铁做成似类环形变压器那种样子,都会产生延伸到无限远处的磁场线。。其次“通交流电的电磁铁(无穷小环形电流)”本身就是磁偶极子辐射的模型。。
引用 refinder:不多说了,您还是自己推导一下吧,对于电/磁偶极距一定的振荡电/磁偶极子,只要离得足够远(远场情形),它的尺寸最终是会被消掉的,最后得出的场和尺寸毫无关系,而实际尺寸影响的仅仅是“辐射电阻”,也就是天线的阻抗,这才是实际上常用的天线需要考虑尺寸的原因,天线的阻抗要和实际上发射机的阻抗相匹配,天线上才会产生足够强的偶极距。。而现在楼主的假设是使用恒定转速拖动带有固定偶极距的磁铁转动,所以这点是无需考虑的。。
磁铁的N和S极离得远,才能在空间形成磁力线密度高的长磁力线区域。如果离得近,大多数磁力线非常短。想提高辐射效率,要把强而长的磁场线通过交变的场扭成“麻花”才能很好的辐射出去。这和天线一个道理,天线太短……
引用 radio:你前半段的解释是对的。但恰恰是因为“楼主使用恒定转速拖动磁铁转动”(楼主可没说偶极矩非要固定),所以需要大的偶极距才能辐射出大的能量。正如你说的,即使偶极矩小,只要匹配的好,都可以得到较强的远场,实际上,短的偶极矩如果匹配的好意味着电场或者磁场在短的偶极子之间极强,而大的天线,大偶极矩在匹配的好的情况下场是不强的。“楼主使用恒定转速拖动磁铁转动”,偶极矩之间的场强固定,所以要想达到好的辐射,必须加大偶极矩的距离,这就是我为什么说要用长的磁场线交变。简而言之,要么你的磁力要足够大,磁铁小点没关系,否则你的磁铁就得很长,才能辐射出较大的能量。
不多说了,您还是自己推导一下吧,对于电/磁偶极距一定的振荡电/磁偶极子,只要离得足够远(远场情形),它的尺寸最终是会被消掉的,最后得出的场和尺寸毫无关系,而实际尺寸影响的仅仅是“辐射电阻”,也就是天线……
引用 虎哥:虎哥的想法很对路
可以用细长的导磁材料当做“天线”,然后用一个很小的磁铁来旋转,这样就容易达到几万转高速,也就是几十k的交变磁场。
引用 refinder:对于已经磁化好,具有固定磁化强度的磁体,只要体积不变,显然磁偶极距是固定的。另外不明白你的“加大偶极距的距离”是什么意思,偶极距自身就是一个单独的物理量,并且因此您后面的论证我都难以看懂,我想可能我们对于偶极距这一术语的理解有一些偏差。
你前半段的解释是对的。但恰恰是因为“楼主使用恒定转速拖动磁铁转动”(楼主可没说偶极矩非要固定),所以需要大的偶极距才能辐射出大的能量。正如你说的,即使偶极矩小,只要匹配的好,都可以得到较强的远场,实际……
引用 radio:更正一下,我之前打错字了,我说的应该是偶极距离,不是偶极矩。见谅。
对于已经磁化好,具有固定磁化强度的磁体,只要体积不变,显然磁偶极距是固定的。另外不明白你的“加大偶极距的距离”是什么意思,偶极距自身就是一个单独的物理量,并且因此您后面的论证我都难以看懂,我想可能我们……
引用 refinder:所以这说明你在楼上所述和我所述的根本不在一个频道上,不知道你要反驳什么。另外恕我孤陋寡闻,没有听说过偶极距离这一物理量,能给出它的定义么?
更正一下,我之前打错字了,我说的应该是偶极距离,不是偶极矩。见谅。
引用 radio:将正、负电荷中心间的距离d和电荷中心所带电量q的乘积,叫做偶极矩(dipole moment),数学表达式为μ=qd。
所以这说明你在楼上所述和我所述的根本不在一个频道上,不知道你要反驳什么。另外恕我孤陋寡闻,没有听说过偶极距离这一物理量,能给出它的定义么?
引用 refinder:但是这是电偶极子,对于作为“磁偶极子”的无穷小环形电流呢?
将正、负电荷中心间的距离d和电荷中心所带电量q的乘积,叫做偶极矩(dipole moment),数学表达式为μ=qd。
偶极距离指的是其中的d。
引用 radio:先说电偶极子的解释:
但是这是电偶极子,对于作为“磁偶极子”的无穷小环形电流呢?
即使是这个d,正如之前所述,如果您实际推导一次的话,就会发现这个d会在计算过程中消除掉,最后的场中是根本不含d的,取而代之地,只含有偶极距……
引用 refinder:
先说电偶极子的解释:
给你一个实例吧,一个电容的阻抗的实部几乎为零,如果不是超导材料,那么也基本就是其等效电路中的寄生电阻。如果此电容和一个电感构成串联谐振,在谐振点上我们认为该电容的阻抗的虚部被抵消……
用两个环形电流来模拟一对磁偶极子。同样存在偶极距离的概念。是一个而不是两个。
必须拉开偶极子间的距离才能很好的辐射能量。
引用 虎哥:
请教2楼磁偶极子辐射功率计算公式的推导过程。
引用 radio:经典的定义是一个,为了便于理解实际可以用2个来近似。
是一个而不是两个。
请给出推导,例如怎样保持你的“偶极距离”在上述条件下不被消掉或者化为偶极距。
另外即使存在"磁偶极距离”这种东西,你还必须证明在磁体两端接上细长导磁材料就能够增大这个"物理量"。……
引用 refinder:这和我的“只要偶极矩一定则辐射功率和磁体尺寸无关”的结论没有矛盾吧。
经典的定义是一个,为了便于理解实际可以用2个来近似。
“A magnetic dipole is the limit of either a closed loop of electric curre……
引用 虎哥:推导过程中使用的三个近似分别是
谢谢楼上,无线电物理和工程电磁场还给老师了,看来要复习一下。
辐射功率的推导有多处近似,用于宏观磁体时如何理解还要想一下。
引用 radio:楼主并没有限定磁体的截面积。也没有限制磁体的长度。所以我说用一个很长的磁铁旋转辐射效果更好是完全没有问题的。假设我的磁铁和你的磁铁截面积一样,而我的更长,显然我的偶极矩更大,旋转起来辐射效果好。你的结论只有在加长磁铁的同时减小截面积才可能成立,此时偶极矩不变。而我们完全没有必要维持偶极矩不变,为了加大辐射强度,当然要延长磁铁的长度加大偶极矩。所以对理论要有深刻的理解,不要被理论约束,本末倒置。
这和我的“只要偶极矩一定则辐射功率和磁体尺寸无关”的结论没有矛盾吧。
另外磁体的总偶极矩实际上是磁体磁化强度对磁体体积的积分,所以只要体积固定,具体做成什么形状什么长度是没有关系的。“磁体越长偶极矩……
引用 refinder:而同时,采用增大磁体横截面积而不改变长度的做法也是可行的,另外考虑到材料的强度,保持径向距离最小增加体积显然比单纯增加长度做成一个“细长”的磁体更可行。最实际的做法是做成一个绕轴旋转的的径向充磁的细长圆柱体。需要注意的是,这里的细长,所指长度是轴向的长度,并不是你在楼上一直宣称的“NS极的长度”,而这个长度则相反,此时是非常短的。
楼主并没有限定磁体的截面积。也没有限制磁体的长度。所以我说用一个很长的磁铁旋转辐射效果更好是完全没有问题的。假设我的磁铁和你的磁铁截面积一样,而我的更长,显然我的偶极矩更大,旋转起来辐射效果好。你的结……
引用 radio:你在讨论的是设计上的degree of freedom。我提出的长条磁铁本质上没有错吧,你提出的高柱子磁铁也有可能是对的。
而同时,采用增大磁体横截面积而不改变长度的做法也是可行的,另外考虑到材料的强度,保持径向距离最小增加体积显然比单纯增加长度做成一个“细长”的磁体更可行。最实际的做法是做成一个绕轴旋转的的径向充磁的细长……
引用 refinder:这个例子是为了说明在没有指明磁体是何种形状的情况下长度和体积是个根本无关的量,而辐射只与体积有关,此时长度自然是个不相关的量。因此你在楼上无视体积和形状的条件下单纯强调长度"磁铁的N和S极离得远"的说法当然是错误的。
你在讨论的是设计上的degree of freedom。我提出的长条磁铁本质上没有错吧,你提出的高柱子磁铁也有可能是对的。
引用 radio:我说N和S离得远是其中一种高效辐射的实现形式。而且磁铁两端的磁力密度显然是磁铁越长磁力越大。你所说的只与体积有关是错的,的确是与形状有关的。
这个例子是为了说明在没有指明磁体是何种形状的情况下长度和体积是个根本无关的量,而辐射只与体积有关,此时长度自然是个不相关的量。因此你在楼上无视体积和形状的条件下单纯强调长度"磁铁的N和S极离得远"的说……
引用 refinder:对于确定磁化强度且均匀磁化的磁体,磁体偶极矩等于其上磁化强度对体积的积分,只要体积不变,就是个定值。
我说N和S离得远是其中一种高效辐射的实现形式。而且磁铁两端的磁力密度显然是磁铁越长磁力越大。你所说的只与体积有关是错的,的确是与形状有关的。
你一切的前提都是基于磁体体积相等->偶极矩相等的假设,这个……
根据上述定义,对于一个磁铁,磁力是有限的(即磁铁两端的磁通量是恒定的),那么磁铁越长,对应的偶极矩(magnetic moment)就越大(因为对应的近似出来的环形电流就越大,只有这样才能准确的近似)。
磁铁两端的磁力密度显然是磁铁越长磁力越大。
引用 radio:你所说的:"对于确定磁化强度且均匀磁化的磁体,磁体偶极矩等于其上磁化强度对体积的积分"
对于确定磁化强度且均匀磁化的磁体,磁体偶极矩等于其上磁化强度对体积的积分,只要体积不变,就是个定值。
如果你认为这个结论是错误的,请给出证明,并阐述偶极矩是如何由“磁铁的N和S极距离"决定并且"与形状……
引用 refinder:你所述的推论全都是在纠结于”场的分布“,然而这个量和磁体的总偶极矩这个物理量一点关系也没有。打个不完全恰当的比方,你把带有固定电荷密度的绝缘橡皮泥捏成各种形状,它产生的电场分布固然不同,也"改变了标准点电荷模型对应的场的分布“,但是这完全不影响它的所带的总电荷量为一定值。
你所说的:"对于确定磁化强度且均匀磁化的磁体,磁体偶极矩等于其上磁化强度对体积的积分"
其中,“确定磁化强度且均匀磁化的磁体”这是个前提条件。而你总似乎把这个前提条件当成真的,觉得形状无论怎么变偶极……
引用 radio:如果你这么说,那么也没有必要像你说的那样把磁铁做成高柱形状,做成盘子做成球都可以,效果都一样咯?
你所述的推论全都是在纠结于”场的分布“,然而这个量和磁体的总偶极矩这个物理量一点关系也没有。打个不完全恰当的比方,你把带有固定电荷密度的绝缘橡皮泥捏成各种形状,它产生的电场分布固然不同,也"改变了标准……
引用 refinder:确实一样,上文所述的”高柱子“形只是为了考虑到材料实际强度,使得”离心力"最小能够达到较高转速。另外磁体按照正常的思路是当然充磁方向一致的了,而且磁化强度是个矢量,“均匀磁化”也包含了这层意思。
如果你这么说,那么也没有必要像你说的那样把磁铁做成高柱形状,做成盘子做成球都可以,效果都一样咯?
最起码的,形状不同,会导致NS极的排列不同,导致矢量叠加的结果不同。最极端的,NSSN的排列会导致磁场……
引用 radio:那请问马蹄形磁铁:
确实一样,上文所述的”高柱子“形只是为了考虑到材料实际强度,使得”离心力"最小能够达到较高转速。另外磁体按照正常的思路是当然充磁方向一致的了,而且磁化强度是个矢量,“均匀磁化”也包含了这层意思。
引用 refinder:产生的辐射功率相等,只要前提是均匀磁化。即马蹄形磁铁是沿着一个固定方向磁化而不是中学常用的沿着u形磁化那种。
那请问马蹄形磁铁:
A:
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和
B:
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二者体积相等,长度相等,只是NS间距不等,你认为二者旋转起来产生的场强相等吗?
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