电磁场理论及其教学中的11个问题

在电磁场理论的研究和教学中,经常遇到许多疑难问题。基于电磁场理论和史料,有些问题得到了解决,有些问题至今不知道答案。本文叙述对11个疑难问题的思考,所得结论是:麦克斯韦名著的中文书名可译为《电学与磁学专论》;英语术语vector应译为矢量;表示极化率和磁化率的第22个小写希腊字母χ应读为汉语拼音kai;在采用国际单位制的教材中电流无须定义;电动势符号E和ε为大写拉丁字母E的书写体;从法拉第定律出发可以直接证明时变电磁场中磁通密度的散度为零;由能量守恒定律无法推导出坡印亭定理;在时变电磁场中,铁磁材料内的涡流损耗、电场损耗、磁滞损耗和剩余损耗可以直接相加;用于描述横波的传播特性时,英语术语polarization应译为偏振;超导体不是理想导体;电磁场教材应包含狭义相对论内容。

中国高等电气教育开始时间不晚于1904年的实证研究

目前电工界有关中国高等电气教育的开始时间有多个说法,最近十多年集中的说法是始于1908年,然而,这些说法都没有给出出处或证据。因此,这成为一个需要澄清的问题,同时它也是中国电气教育史中的一个基本问题。这个问题的解决,有助于了解我国高等电气教育的起源与发展,可以加深对我国高等电气教育的准确认识。该文通过挖掘、整理、鉴别第一手史料,得到以下研究结果:京师高等实业学堂的电气机械科可能是中国最早的高等电气教育机构,它的第一级学生于1904年10月29日正式开学,在校学习21门课程,29名学生于夏历一九一〇年七月毕业。由此可以说,中国高等电气教育开始时间不晚于1904年。

线性瞬态涡流场定解问题中的法向边界条件与解的唯一性

电磁场初边值问题包括场的约束方程和定解条件。目前,许多文献使用含有磁感应强度法向分量边界条件的 初边值问题来求解线性瞬态涡流场。对于涡流场的求解而言,这种初边值问题是否有唯一解,是一个基本的理论问题。该文使用反证法,利用非涡流区中的标量位函数,构造了功率积分表达式和能量积分表达式,引入了一个在整个场域有连续一阶偏导数的新函数,在此基础上,证明了含有磁感应强度法向分量边界条件的涡流场初边值问题有唯一解。作为应用,该文针对通有单脉冲电流的单匝圆环线圈平行放置在半无限大导体上方的瞬态涡流问题,用拉普拉斯变换的方法求出了导体中涡流密度向量的解析表达式。

球和线圈共轴的涡流问题解析解

导电导磁球和轴对称线圈的共轴电磁系统可用于球的涡流无损检测。文章利用磁矢量位和洛仑兹规范，建立了均匀导电导磁球和圆环线圈共轴电磁系统的时谐场边值问题，用分离变量法求解得到了球的散射场解析解。在此基础上，导出了球和空芯圆柱线圈共轴电磁系统的电磁场解析解和线圈的阻抗增量解析式。为便于计算，给出了复宗量的球贝塞尔函数的计算方法。实验表明，阻抗增量的理论计算值和实验测量值符合程度良好。文中的分析过程表明，所得解析方法同时也适用于分层球和任意截面的轴对称线圈的共轴电磁系统。

涡流线圈的阻抗计算

本文研究了涡流检测中线图阻抗的计算方法，消除了奇点，确定了积分限，给出了误差分析和被积函数计算表达式。在此基础上，用４种典型的数值积分法分别计算阻抗，找到了计算量小、稳定的数值积分法。利用本文的研究结果，可以在个人计算机上快速、高精度计算线圈阻抗。

均匀半空间导体的并矢格林函数解析式

导出了低频时谐电磁场中均匀半空间导体的并矢格林函数解析式，它由初等函数和修正贝塞尔函数的有限形状所表示．该解析式可用Kelvin函数的近似多项式计算，可显著提高并矢格林函数的计算速度．用"电磁分析方法验证模型"的第15号问题作为验证模型，结果表明，计算值和测量值吻合良好．

三维探伤涡流场的研究与线圈阻抗的计算

本文研究了均匀半空间导体内含有任意形状三维缺陷时放置式线圈阻抗增量的数值模型，提出了一种计算阻抗增量的“半解析体积分方程法”。它包括本文首次导出的不含微分项和积分项的均匀半空间导体并矢格林函数解析式，缺陷区域的剖分方法，离散方程组的系数矩阵和右端向量的计算，非对称复系数方程组的求解以及阻抗增量计算等。用ＴＥＡＭＷｏｒｋｓｈｏｐ问题１５作为验证模型，对比结果表明，计算值和测量值吻合良好。

螺线管线圈磁场的单积分计算公式

本文提出了一种计算螺线管线圈磁场的单积分公式。它将公式中的瑕积分化为常积分,具有公式简单、计算速度快和精确度高的特点。

修正矢量磁位边值问题的新表达式

根据时谐形式的麦克斯韦方程组，导出了均匀媒质中修正矢量磁位Ａ￣＊的散度表达式。在此基础上，建立了非齐次亥姆霍兹方程的Ａ￣＊边值问题，并证明了Ａ￣＊解答的唯一性，最后以有显式解的涡流场为例验证了本文建立的边值问题的正确性。

人工神经网络在涡流检测中的应用

本文以涡流检测金属平板和金属圆管的缺陷为例,叙述利用前向网络识别缺陷信号的原理与方法。

关于电磁场解析方法的一些认识

对电磁场解析方法进行了综述。指出了解析解的重要性:能够直观揭示电磁场的变化规律,不存在数值不稳定问题,表达式能被他人重复导出,表达形式具有科学美,是数值解的基础,并作为计算公式被广泛用于解决工程问题。介绍了几种常用解析方法:分离变量法、复变函数法、格林函数法、积分变换法以及近似解析法。重点回顾了历史上的若干经典解析解:兰帕-汤普森定理、范德堡公式、螺线管中心的均匀磁场表达式、放置式线圈的阻抗增量、Halbach永磁体的磁场计算法、脑磁测量基准计算公式、浅表面缺陷涡流场的三维渐近解析解、金属管道涡流场的三维解析解。给出了有助于解析求解的几本参考书。最后提出了今后需要进一步研究的一些问题:用保角变换方法求解稳恒磁场、现有解析方法的综合使用、借鉴最新数学物理方法、瞬态涡流场的解析求解、微扰法中高阶导数项的求解、逆问题的解析求解。

用坐标变换方法求解倾斜圆环线圈时谐电磁场的解析解

求解了无限大真空中倾斜通电圆环线圈产生的时谐电磁场的解析解。基于麦克斯韦方程组,导出了无限大真空中修正磁矢位满足的泊松方程。根据修正磁矢位的泊松方程与无限大真空中稳恒磁场的矢量泊松方程的相似性,直接利用已知的平行于直角坐标平面的圆环线圈稳恒磁场的解析解,通过直角坐标系的旋转和平移,导出了倾斜圆环线圈的时谐电磁场的解析解。根据同一物理量在不同坐标系下保持不变的性质,验证了导出的解析式的正确性。本文分析方法初等,解析式简单,可用于求解复杂形状线圈的线性电磁场问题。

“电气”词源考

在搜集、分析史料的基础上,作者考察了汉语术语“电气”的词源。考察结果表明:“电气”是由词根“电”和词根“气”构成的偏正式合成词,“电气”是指电性质的气;“气”在中国古代哲学中通常是指一种极细微的物质;中国古代的气学说与西方的电流体学说相似;东汉哲学家王充在《论衡》中已使用气学说解释电和磁的吸引现象;1851年来华传教士玛高温译述的《博物通书》可能是最早使用汉语术语“电气”的中文文献;“电气”一词可能是英语electric fluid的直译,是electricity的的译;的的电的的的的通的的能的的了汉语术语“电气”;的语术语“電”源自中国。

第三专题 涡流法缺陷识别的研究现状

1 缺陷识别的必要性人们在使用金属和石墨材料的长期实践中,观察到大量断裂现象,其中涉及到轴类、压力容器、核运行设备以及飞行器等,不仅造成了经济损失,而且发生了灾难性事故.为了减少断裂现象的发生,就应该及早发现材料的缺陷.但是,并不是所有缺陷都影响到设备的安全运行,如某些材料中存在的缺陷并不影响产品的设计性能和使用寿命,就可以使用.由于缺陷产生于所有工程构件制造的各个阶段,所以判定材料是否可靠的关键是对各种不同条件下的缺陷给出安全运行的许可临界尺寸.这就需要事先检查出缺陷的位置、形状、大小和媒质性质.涡流检测技术适用于检测导体表面或近表面缺陷.由于外部工作环境等因素的影响,表面缺陷会逐渐“长大”,严重危害设备的安全运行,这正是涡流检测技术的用武之地,因而得到了广泛应用,成为无损检测五大常规方法之一.

关于电磁场数值分析的若干认识

对电磁场数值分析这门学科的现状和发展，谈了一点看法，指出了目前存在的几个不利于学科发展的因素，探讨了当前应重视的问题和今后的研究方向。

我国供用电频率50Hz的起源

在电力工业的发展初期,世界上存在许多种供电频率;旧中国的汽轮发电机组全部来自外国,因此有多种供电频率。1928年,中国民族资本企业上海亚浦耳公司建议国民政府把50Hz作为中国供用电的标准频率。1930年9月,国民政府建设委员会鉴于当时中国发电厂中半数以上的供电频率是50Hz,把世界多数国家采用的50Hz作为中国的供用电标准频率,制定了"电气事业电压周率标准规则",这是中国第一个供用电电压频率标准。中华人民共和国成立后至今,中央政府电业主管机关也都将供用电标准频率规定为50Hz。从目前技术条件出发,如果能够重新选取一次电力系统供用电标准频率,频率最优值可能是几百赫兹。

时变电磁场唯一性定理的完整表述

以往表述的时变电磁场唯一性定理不适用于由多个媒质所组成的场域，而且不能利用此定理写出电磁场初边值问题的完整表达式。针对以上问题，本文把场论中的“高斯公式”应用于多媒质区域，导出了“多区域高斯公式”；在此基础上，完整地表述和证明了“时变电磁场唯一性定理”，明确了边界条件的使用方法和解的唯一性条件。

第一本中文电磁学著作及其历史地位

本文研究了由美国来华西医士、新教传教士玛高温于1851年在宁波府译述的《博物通书》,这是我国在近代科学意义上的第一本中文电磁学著作。文中研究了"第一本"的根据和成书背景,介绍了书中内容,分析了该书没有在中国流传的原因,提出了对《博物通书》的历史地位的看法;通过本文作者的文献检索实践,介绍了《博物通书》的收藏情况。

修正矢量磁位的散度及其边值问题

根据时谐形式的麦克斯韦方程组 ,导出了均匀媒质中修正矢量磁位A 的散度表达式 .在此基础上 ,建立了A 的边值问题 ,并证明A 解答的唯一性 。

为什么学习电气发展史

中国近代电气科学与技术是从西方传入我国的,距今已有160年的历史。本文通过作者学习电气发展史的感受,叙述了学习电气发展史的几点意义。