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2022-06-02

電磁場電磁波可視化實驗室建設方案

電磁場與電磁波可視化實驗室建設方案
 
電磁場理論是研究電磁場中各物理量之間的關系及其空間分布和時間變化的理論。庫侖定律揭示了電荷間的靜電作用力與它們之間的距離平方成反比。安培等人又發現電流元之間的作用力也符合平方反比關系。麥克斯韋全面地總結了電磁學研究的全部成果,建立了完整的電磁場理論體系。以麥克斯韋方程組為核心的電磁理論,是經典物理學最引以自豪的成就之一。
理論要點:變化的磁場可以激發渦旋電場,變化的電場可以激發渦旋磁場,電場和磁場不是彼此孤立的,它們相互聯系、相互激發組成一個統一的電磁場。
電磁場對物質的影響與物質的性質有關。電磁場理論不僅是物理學的重要組成部分,也是電工技術的理論基礎。
電磁波(Electromagnetic wave)是由方向相同  且互相垂直的電場與磁場在空間中衍生發射的振蕩粒子波,是以波動的形式傳播的電磁場,具有波粒二象性,其粒子形態稱為光子,電磁波與光子不是非黑即白的關系,而是根據實際研究的不同,其性質所體現出的兩個側面。由同相振蕩且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動,其傳播方向垂直于電場與磁場構成的平面。電磁波在真空中速率固定,速度為光速。見麥克斯韋方程組。
電磁波伴隨的電場方向,磁場方向,傳播方向三者互相垂直,因此電磁波是橫波。電磁波實際上分為電波和磁波,是二者的總稱,但由于電場和磁場總是同時出現,同時消失,并相互轉換,所以通常將二者合稱為電磁波,有時可直接簡稱為電波。
在量子力學角度下,電磁波的能量以一份份的光子呈現,光子本質上來說就是波包,即以局域性能量呈現的波。電磁波的能量是量子化的,當其能級階躍遷過輻射臨界點,便以光子的形式向外輻射,此階段波體為光子,光子屬于玻色子。
一定頻率范圍的電磁波可以被人眼所看見,稱之為可見光,或簡稱為光,太陽光是電磁波的一種可見的輻射形態。電磁波不依靠介質傳播。
電磁輻射通常意義上指所有電磁輻射特性的電磁波,非電離輻射是指無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線。而X射線及γ射線通常被認為是放射性的輻射。稱作電離輻射  。
 
配置方案(按50人配置)

序號 設備名稱 數量 單位 單價 金額
1 DB-SD24 電磁場電磁波可視化教學實驗系統 50 13000 650000
2 實驗桌 25 6000 150000
合計:800000元  含稅含運費安裝調試培訓,供貨周期45天
 
DB-SD24 電磁場電磁波可視化教學實驗系統
 
一、概述
電磁場電磁波可視化教學實驗系統開設“電磁場與波”等相關課程實驗,突出設計類、綜合類,兼備驗證類相關實驗,提高學生設計動手能力;該系統注重一系列趣味性實驗過程,能最大限度調動激發學生自主學習知識的自覺性,以完成對重點知識點理解和運用為目的,培養學生創新能力。巧妙運用麥克斯韋方程的工程應用技術,采用特制的無源發光電磁波感應器,使抽象的“電磁波”看得見、摸得著,電波傳播眼見為實,幫助學生建立空間形象;有效化解感念抽象于形象,化物理現象模糊于具體,改變實驗呆板、實驗內容單調,印象不深刻的弊端。開放式實驗平臺,支持授課老師利用本系統,廣泛開展和開發創新實驗項目,形成教學涉及學科面廣,知識點覆蓋寬,多學科實驗項目豐富,實驗系統使用效率高。
電磁場電磁波可視化教學實驗系統設有波長測量、功率檢波、電磁場極化等若干簡單又富有論證性的實驗。把檢波天線放置在固定的位置以后,可以看到小燈泡的明暗與極化方式有著對應的關系。通過調整檢波天線的位置或者檢波天線的角度方向,觀察發光燈泡的明暗變化。這樣就可以直觀的感受到電磁波的分布參數、極化等豐富的概念。
在整個電磁場電磁波可視化教學實驗系統實驗過程中,學生通過極其簡單的幾個操作,就可以將所學的抽象的知識,通過具象化的實驗來驗證清楚,進一步提高了教育教學的效率。
二、實驗工作原理
用功率信號發射器作為發射源,通過發射天線產生電磁波,將另一副天線置于電磁波中,能在天線上感應高頻電流,接收天線接收的功率足夠強時,肖特基檢波二極管將微波能量轉變為直流電壓,終端接上LED燈,電壓達到一定值時可以點亮LED燈,形象直觀的觀察發射天線的方向圖、主瓣、副瓣、后瓣、零點方向、極化等。
檢波二極管輸入功率點亮LED燈,不同的LED燈點亮電壓不同,紅色最低,蘭色、白色最高。在現有配置情況下,最遠可以在170cm處點亮,距離越近燈越亮。也可以將不同的LED組合使用,但點亮距離會稍微減小。

實驗原理圖
實驗原理圖

電磁場電磁波可視化教學實驗系統

電磁場電磁波可視化教學實驗系統

 
三、 實驗內容
實驗1、電磁波及傳播特性實驗
實驗 2、電磁波極化特性實驗
實驗 3、電磁波反射與行駐波特性實驗
實驗4、電磁波反射特性實驗
實驗5、電磁波邊界條件實驗
實驗6、電磁波對不同物質的透射實驗
實驗7、電磁輻射原理實驗
實驗8、天線方向圖繪制實驗

四、實驗配置參數
序號 名 稱 主 要 技 術 規 格
1 電磁波綜合實驗教學系統 鋁合金導軌,發射支架,接收支架。
接收天線支架、滑臺, 金屬導體反射板線支架、滑臺。
圓極化螺旋天線,極化柵格網滑臺。
50cm低損耗同軸電纜,發射機一臺,實驗指導書。
2 工作頻率 范  圍:  138MHz-4.5GHz。
3 射頻功率放大輸出 功率控制:  0~31級衰減調整控制。
功率放大頻率范圍:2350MHz~2450MHz。
最大輸出功率:<27dBm。
4 發射組件 一體化多頻段三極化微帶天線:覆蓋垂直極化、水平極化、右旋圓極化;增益:>10dBi。
5 接收組件 無源檢波器LED發光靈敏度:4dBm;LED燈顏色有紅、黃、蘭、綠、白色及其組合,接收天線微帶八木天線半波天線等。
6 射頻檢波模組 檢波靈敏度:>3.2GHz,動態范圍:70dB收發最遠距離170cm。

 電磁場電磁波可視化教學實驗系統
電磁場電磁波可視化教學實驗系統

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