2019-2020学年高中物理 第3章 电磁技术与社会发展章末总结课件 粤教版选修1-1

章末总结网络构建一、微波通信的发展由于微波的频率极高，波长又很短，其在空中的传播特性与光波相近，也就是直线前进，遇到阻挡就被反射或被阻断，因此微波通信的主要方式是视距通信，超视距以后需要中继转发．知识拓展一般来说，由于地球球面的影响以及空间传输的损耗，每隔50km左右，就需要设置中继站，将电波放大转发而延伸．这种通信方式，也称为微波中继通信或称微波接力通信．长距离微波通信干线可以经过几十次中继而传至数千千米仍可保持很高的通信质量．微波站的设备包括天线、收发信机、调制器、多路复用设备以及电源设备、自动控制设备等．为了把电波聚集起来成为波束，送至远方，一般都采用抛物面天线，其聚焦作用可大大增加传送距离．多个收发信机可以共同使用一个天线而互不干扰，我国现用微波系统在同一频段同一方面可以有六收六发同时工作，也可以八收八发同时以增加微波电路的总体容积．多路复用设备有模拟和数字之分．模拟微波系统每个收发信机可以工作于60路、960路、1800路或2700路通信，可用于不同容量等级的微波电路．数字微波系统应用数字复用设备以30路电话按时分复用原理组成一次群，进而可组成二次群120路、三次群480路、四次群1920路，并经过数字调制器调制于发射机上，在接收端经数字解调器还原成多路电话．最新的微波通信设备，其数字系列标准与光纤通信的同步数字系统(SDH)完全一致，称为SDH微波．这种新的微波设备在一条电路上八个束波可以同时传送三万多路数字电话电路．微波通信由于其频带宽、容量大，可以用于各种电信业务的传送，如电话、电报、数据、传真以及彩色电视等均可通过微波电路传输．微波通信具有良好的抗灾性能，对水灾、风灾以及地震等自然灾害，微波通信一般都不受影响．但微波经空中传送，易受干扰，在同一微波电路上不能使用相同频率于同一方向，因此微波电路必须在无线电管理部门的严格管理之下进行建设．此外由于微波直线传播的特性，在电波波束方向上，不能有高楼阻挡，因此城市规划部门要考虑城市空间微波通道的规划，使之不受高楼的阻隔而影响通信．近年来我国开发成功点对多点微波通信系统，其中心站采用全向天线向四周发射，在周围50千米以内，可以有多个点放置用户站，从用户站再分出多路电话分别接至各用户．其总体容量有100线、500线和1000线等不同容量的设备，每个用户站可以分配十几或数十个电话用户，在必要时还可通过中继站延伸至数百千米外的用户使用．这种点对多点微波通信系统对于城市郊区、县城至农村村镇或沿海岛屿的用户、对分散的居民点也十分适用，且较为经济．微波通信还有“对流层散射通信”“流星余迹通信”等，是利用高层大气的不均匀或流星的余迹对电波的散射作用而达到超过视距的通信，这些系统，在我国应用较少．1957年10月4日苏联成功发射了一颗人造地球卫星．1958年12月，美国发射了“轨道中继通信卫星”．卫星向地球广播预先录好的艾森豪威尔的圣诞贺词．“轨道中继通信卫星”在轨道上运行一个多月后，进入大气层被烧毁．1960年4月，美国发射的“信使ⅠB号”是第一颗装有强大放大器的通信卫星．“信使ⅠB号”重达250kg.电源由19152个太阳能电池组成．信号放大系统可以将信号放大后再发射出去．美国在1962年7月10日发射了“通信号卫星”．它的能源来自3600个太阳能电池．“通信号卫星”可以容纳六十条电话线路或一个电视频道．最早实现同步通信的是美国的试验性卫星“同步通信卫星一号”，它可以达到22300km的高度．在这个高度上，卫星环绕地球的速度与地球自转一致．卫星与地面位置相对固定．1965年4月6日，美国的“晨鸟”号通信卫星发射成功，后称“国际通信卫星”1号．它高0.6m，直径0.72m，质量39kg，可以容纳240条电话线路或一条彩色电视频道．二、电磁灶的原理简介电磁灶是近年发展起来的一种利用电磁感应加热、烹饪食物的家用电热厨具.20世纪70年代初期，由于高效能、高频率、大功率电源的出现，加上人们迫切需要安全、卫生、高效、节能的烹饪器具，因此实用电磁灶应运而生，成为目前国际市场上一种最新型家用电热厨具．电磁灶主要由励磁装置、铁磁材料做锅底的炊具及控制部分等组成．电磁灶加热的工作原理如下：当励磁线圈通过交流电时，线圈周围产生交变磁场，即电能变成了磁能，这一交变磁场的磁力线经过锅底形成回路，就在锅底产生感应电动势，因锅底是良导电材料，从而在锅底产生涡旋状感应电流——涡流，这样将磁能又转化为电能．然后，这一涡流在锅底内通过锅底本身材料的电阻产生焦耳热，把电能又转化为热能．电磁灶的特点：(1)热效率高．一般电阻式电灶的热效率只有50%～55%，由于电磁灶是锅底的涡流产生的热效应直接给锅底加热，所以热效率高，可达70%～80%，因此它能节约能量，经济性好．(2)温控准确．它的热惯性小，断电后立即断磁，不再发热，热响应速度非常快，因此能方便、准确地控制发热量及烹饪的温度．同时锅温比较均匀，烹饪效果好．(3)安全性好．使用时不必点火，因此不必担心像煤气灶那样因燃烧不充分或微火熄灭易引起空气污染、中毒．电磁灶在使用时没有明火，灶台本身不发热，因此不必像电灶那样担心烫伤，更无火灾的危险．(4)清洁卫生．灶台表面平滑，清洁十分方便，如果食品溢到灶上也绝不会烧糊，很容易擦净．(5)因为在电磁灶上用的锅子担负着将磁能转化为感应电流后再转化为热能的双重任务，故对锅子的材料和形状应有一定的要求．电磁灶按感应线圈中电流频率分为低频和高频两类．低频电磁灶因为直接用工频电流(50Hz或60Hz)，所以又称工频电磁灶；而高频电磁灶是利用工频变成高频后的电流(15kHz以上)，因此两种电磁灶的结构、电路和性能各不相同．1．工频电磁灶(1)基本结构工频电磁灶的基本结构如图3－1所示．它由励磁线圈、励磁铁芯、灶面、烹调锅体控制元件等几部分组成．工作原理如前所述，不再重复．图3－1(2)励磁线圈和励磁铁芯为解决工频电磁灶的震动和噪声问题，常采用如图3－2所示的四个等距磁极和一个共同的轭铁相连．每个磁极上都有自己的励磁线圈，相对的两个磁极线圈串联成一组，其中一个线圈串联一个电容器，使两组电流有90°的相位差，并使IA＝IB，此时，两个磁路ΦA与ΦB的相位差也是90°.由于磁通产生的交变电磁力的频率为电源频率的两倍，因此这两个励磁电路产生的电磁力FA和FB的相位差约180°，而它们的大小是相等的，FA与FB的两个分量互相抵消，仅有直流分量F0(见图3－3)，即专用锅子只受直流吸引力的作用，使锅体上下震动的交变电磁力抵消，从而避免了锅体产生的振动和噪声．图3－2图3－3图3－4锅体产生的涡流除产生有用的热量外，还产生洛伦兹力，使锅底向上悬浮或转动．为了克服这一现象，采用了一个有中心磁极的和外围多对磁极组成的励磁系统，如图3－4所示，中心磁极对锅体产生的磁力抵消涡流产生的洛伦兹力，从而有效地防止了锅体的悬浮和转动．工频电磁灶对烹饪容器的结构和材料有一定的要求．一般烹饪容器采用单一材料．如铝、陶瓷、不锈钢、铁、铜等，但铝、铜本身的电阻低，涡流效应差，不锈钢导磁性差，热效应也受影响；铁的导磁性好，电阻也大，但容易锈蚀，不合卫生要求，因此应该使用复合结构的烹饪容器．从热效率、发热量等方面考虑，采用铝铁复合板做基材；再从耐腐蚀、卫生、美观等方面考虑，采用不锈钢包装，形成了不锈钢—铁—不锈钢—铝四层复合结构锅体，如图3－5所示．图3－52．高频电磁灶图3－6为高频电磁灶的工作示意图．灶台台面是一块高强度、耐冲压的钢化陶瓷平板或石英结晶玻璃，它的下面装有高频感应加热线圈(即励磁线圈)、高频感应电力转换装置及控制系统，灶面上配有平底烹调锅．工作时，整流器首先将工频电流转换为直流电．再利用振荡电路产生高频振荡电流，高频电流流过扁平空心螺旋状的感应加热器，产生高频交变磁场，其磁力线穿过灶面作用于金属烹调锅产生涡流而发热．图3－6高频电磁灶对钢体材料没有像工频电磁灶那样严格的要求，但也有一定要求．由于铜、铝的电阻较小，不能满足需要的发热功率，因此不宜作锅底材料．普通铁锅的磁导率大，且有很大的表面电阻，约为铜、铝的20～50倍，特别是使用铁磁性不锈钢锅体，可以使锅体具有良好的加热特性，与采用复合锅相比，它小巧省料，且有较高的机械强度、较大的发热功率和美观的外表．