Прикладная электродинамика

Прикладная электродинамика

Прикладная электродинамика

Прогресс в сфере инновационных технологий, новейших инфокоммуникационных систем, возникновение современных видов вооружений связаны с надобностью решения таких серьезных проблем, как минимизация утечки важной информации по электромагнитному каналу и защитой всех объектов от электромагнитного излучения в пределах сверхвысоких частот (СВЧ) и крайне высоких частот (КВЧ).

Определение 1

Прикладная электродинамика – это база для многих дисциплин в физике, которые изучают управление и защиту связи физических объектов от несанкционированного доступа, следовательно, основной целью данного направления является освоение основных теорий электромагнитного поля и современных способов решения краевых задач электродинамики для базовых частей СВЧ.

На сегодняшний день ученые выделяют такие основные задачи прикладной электродинамики:

  • предоставление электродинамической классификацию физических сред;
  • формирование обобщенных материальных уравнений;
  • изучение основ теории электромагнитных полей в направляющих резонаторах, а также исследование излучения физических тел;
  • определение главных элементарных излучателей;
  • ознакомление с современными методами решения задач при изучении принципов работы и способов измерения параметров основных узлов и устройств СВЧ и КВЧ диапазонов.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Сторонние токи в электродинамике

Многочисленные исследование собственных волн в постоянных линиях передачи считается в прикладной электродинамике необходимым первым этапом расчета.

Но в любой действующей системе в обязательном порядке должен быть источник возбуждения электромагнитного поля в линии, а также конкретные устройства, принимающие и систематически преобразующие электрический потенциал.

Вторым этапом является вычисление методов функционирования поля, которое формируется в линии передачи основными источниками электромагнитных волн, что называют ключевой задачей возбуждения линевой передачи.

Из уравнений Максвелла образующими элементами полей выступают постоянные электрические токи с определенной плотностью, которые действует по такой схеме:

  • первое слагаемое силами электромагнитного поля активирует другие элементы в рассматриваемой системе, однако не оказывает на них влияния;
  • затем токи принимают заданное направление в расчете и помогают учесть все частицы неэлектромагнитного происхождения — от механических и химических до прочих источников;
  • сторонние токи замыкают систему, которая больше не возникает в передаче линий электромагнитного тока.

Слагаемая плотность вторичного тока зачастую определяется методами взаимодействия электромагнитного поля с постоянными токами. Элементы аналогичного типа учитываются учеными при описании исследуемого процесса в материальных средах, особенно действие поля в металлах.

Другим ярким примером вторичного тока считается процесс, который происходит в стенках волновода при распределении собственной волны, которая выполняет совершенно иную задачу в условиях материальной границы.

Надобность введения стороннего тока в правую часть формул Максвелла во многих случаях отсутствует.

Фактом действительности магнитного активного диполя в СВЧ диапазоне служит небольшая по сравнению с основной длиной волны петля, по которой постоянно течет СВЧ ток. Магнитный момент указанного элемента и сам вектор плотности тока перпендикулярен плоскости волновой петли.

Электростатика действующих проводников и диэлектриков

Замечание 1

Все существующие в пространстве твердые физические тела, жидкости, плазма и газы могут быть условно разделены по определенным электрическим свойствам на две огромные группы: диэлектрики и проводники.

Проводящими называются среды, которые посредством действия электрического поля способны вызвать движение положительно заряженных частиц. Вероятно, что в постоянном электрическом поле такое незатухающее явление совершать могут только свободные заряды, не связанные в границах атомов или молекул, следовательно, способные трансформироваться в любой объём тела.

В металлах и полупроводниках подобными элементами являются электроны регулярной проводимости, в электролитах отрицательно и положительно заряженные ионы, в плазме ионы и электроны.

В диэлектриках действующие электрические заряды напрямую связаны и могут существовать только в пределах молекул атомов.

Такие заряды не способны обеспечить необходимого электрического тока в теле, поэтому излечение электрики в этих веществах носит исключительно знакопеременный характер.

Стоит отметить, что само название «электростатический» уже предполагает постоянство электрическое поле во времени.

Однако для движущихся проводников при этом нужно сделать главное уточнение: в границах электростатики предполагается, что в физическом теле обязательно отсутствует постоянный ток.

Таким образом, возникают изолированные проводники, которые не соединены с какими-либо внешними факторами и цепями, в результате чего происходит протекание тока. Иначе электростатический процесс возможно определить, как ситуацию с действием постоянного поля без потоков энергии.

Замечание 2

Электростатическое поле проводников в прикладной электродинамике функционирует вне зависимости от величины удельной проводимости материала, постоянный ток в котором равен нулю.

Действительно, в ином случае по проводнику, в соответствие с теоремой Ома, протекал бы ток. В объеме физического тела возникала бы диссипация электромагнитной энергии, то есть трансформация ее в определенное вещество, восполняемая общим потоком энергии от поверхности электромагнитного поля.

Постоянное магнитное поле и электрический ток в прикладной электродинамике

Говоря о постоянном токе, протекающем в некоторой среде, по-прежнему можно предполагать, что все величины, фигурирующие в уравнениях Максвелла, усредненных по «физически бесконечно малым» объемам среды, не зависят от времени. Однако теперь, в отличие от электростатического случая, получается, что усредненная плотность потока зарядов отлична от нуля. Величину j называют плотностью электрического тока.

Поскольку средняя плотность зарядов в условиях задачи постоянна, следовательно, электрическое поле внутри проводника также постоянно, является безвихревым.

К уравнениям следует добавить показатели, связывающие внутри среды величины $E$ и $j$. Вид указанного соединения определяется свойствами среды.

Для подавляющего большинства материалов эта связь линейна, что составляет сущность закона Ома.

Замечание 3

Система уравнений и граничные условия для магнитного поля при отсутствии сторонних токов по форме точно такие же, как для электрического поля в диэлектрике без сторонних зарядов (отличаясь заменой $Е$ на $Н$ и $D$ на $B$).

При этом магнитное поле является безвихревым, и теперь через тело протекает постоянный во времени ток, такой, что в произвольном поперечном сечении тела. Величина в этом случае называется плотностью тока проводимости.

Распределение тока проводимости по объему физического тела определяется уравнениями, в которые не входит магнитное поле, в том числе, и создаваемое самим током проводимости.

Действительно, известно, что магнитное поле мало влияет на проводимость подавляющего большинства твердых тел.

Причина этого заключается в малой скорости движения носителей заряда в таких телах, и, соответственно, малости действующих на них релятивистских магнитных сил.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/elektrodinamika/prikladnaya_elektrodinamika/

Прикладная электродинамика сплошных сред — Известные ученые

Прикладная электродинамика

Ким Константин Константинович, доктор технических наук, профессор, Петербургский государственный университет путей сообщения, заведующий кафедрой «Теоретические основы электротехники».

Перечень кандидатских диссертаций ВАК РФ, выполненных под руководством проф. К.К.Кима:

• Беспалов Н.Н. «Методы и аппаратура для определения качества включения силовых тиристоров при групповом соединении». 2000,

• Гоголев Г.А. «Методика и средства диагностики и котнроля отдельных показателей качества тяговых трансформаторов и электрических машин подвижного состава», 2000,

• Костроминов А.А. «Исследование феррорезонансных процессов в устройствах электропитания железнодорожной автоматики», 2000,

• Колесов С.Л. «Улучшение трибохарактеристик твердощеточного контакта электрических машин с помощью дисульфида молибдена». 2001,

• Бабков Ю.В. «Распределенная микропроцессорная система управления параллельной работой газодизель-генераторов переменного тока». 2001.

• Колосовская Н.А. «Электрогидроимпульсный стенд для динамических испытаний вагонов», 2007,

Перечень докторских диссертаций ВАК РФ, при выполнении которых проф. К.К.Ким являлся научным консультантом.

Иванов С.Н. «Электротехнические перекачивающие устройства на основе электромеханических теплогенерирующих преобразователей», 2010.

Общее количество опубликованных работ – 363, из них 175 авторских свидетельств и патентов на изобретения.

1.Свойства синхронной машины с электродинамическим подвесом ротора // Изв. АН СССР, Энергетика и транспорт, 1985, №5, с.111-119.

2. Электродинамический ускоритель проводящих тел // Электромеханика, №3, 1993, С.57-61.

3. Theory of a synchronous machine with a self-levitated rotor // Electrical Machines and Power Systems. 1990. Volume 18.4, p.383-392.

4. Транспортная система с кондукционным подвесом при движении экипажа с малой скоростью // Электротехника, № 11, 1998, С.36-41

5. Об одном способе стыковки космических аппаратов // Космические исследования, №2, т.38. 2000, С.221-224

6. Диагностика изоляции тяговых трансформаторов на месте эксплуатации // Электротехника. 2001. №10, С.56-59

7. Аспекты МГД теории работы системы скользящего токосъема с контактными кольцами // Электричество. №10. 2002, С.44-50

8. Использование электродинамических ускорителей для авиационных и космических целей // Авиационная техника. №1. 2003, С.27-30

9. Новый электропривод для гироскопических приборов // Авиационная техника. №3. 2003, С.43-48.

10. Проблемы электромагнитного разгона объектов // Электричество. 2007. № 12, С.19-25

11. Электромагнитная система и причаливания и стыковки космических кораблей // Электричество, №9, 2008, С. 35-39.

12. Моделирование и управление электромеханическими теплогенераторами на основе нейросетевых и нечетких алгоритмов // Электричество, № 10, 2009, С.36-40.

Список монографий

1. МГД-генераторы на поршневых потоках. Монография. М. Маршрут, 2005. 300с.

2. Системы электродвижения с использованием магнитного подвеса и сверхпроводимости. Монография. М.:ГОУ “Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте”, 2007. 360с.

3. Теплогенерирующие электромеханические устройства и комплексы. Монография, издательство “ОМ-Пресс”, 2009. 348с

4. Метрология, стандартизация, сертификация и электроизмерительная техника. Учебное пособие. ПИТЕР. СПб. 2006. 367с.

6. Electrical and magnetic circuits. Cooxmoor Publishing Company, Oxford, UK. 551p.

7. Электромеханические генераторы тепловой энергии. Монография. Lambert Academic Publishing, 2011, ISBN 978-3-8433-2082-5, 352 с.

8. Электрогидроимпульсный эффект для динамических испытаний вагонов

Монография. Lambert Academic Publishing, 2011 ISBN 978-3-8443-5620-5, 135 с.

9. Дисульфид молибдена в твердощеточном контакте электрических машин

Монография. Lambert Academic Publishing, 2011.ISBN 978-3-8443-5215-3, 151 с.

10. Сверхпроводниковые электрические машины с магнитным подвесом

Монография. Lambert Academic Publishing, 2012.ISBN 978-3-8484-3295-0, 173 с.

11. Переходные процессы в асинхронной машине. Монография. СПб. ООО Издательство «ОМ-Пресс». 2013, 90 с.

Год защиты и название докторской диссертации проф. К.К.Кима: 1998 г., «Электродинамика и характеристики систем электродвижения со сверхпроводящими обмотками и магнитным подвесом».

Область научных интересов проф. К.К. Кима: прикладная сверхпроводимость, системы магнитного подвеса, транспортные системы с использованием явления сверхпроводимости, космическая техника, специальное электромашиностроение.

Проф. К.К.Ким является автором более 363 печатных научных работ, из них 175 авторских свидетельств и патентов, 6 монографии и 11 монографий. Публиковался в Англии, Франции, Германии, Швейцарии, Китае, США, Италии, Польше, Словении, Греции, Бельгии, Швеции, Словакии и Испании.

В настоящее время возглавляет научную школу «Электродинамика сплошных сред».

Читает следующие дисциплины: «Теоретические основы электротехники», «Современные проблемы электротехнических наук», «Метрология, стандартизация и сертификация», «Основы электромеханотроники».

Под его руководством подготовлено 9 кандидатов наук и 1 доктор технических наук.

Является членом совета по защите докторских диссертаций Д 218.008.05 при ПГУПС, членом Санкт-Петербургского Дома Ученых, членом Ученого совета Электромеханического факультета, членом Ученого Совета Петербургского государственного университета путей сообщения.

Проф. К.К.Ким — член-корр. Академии электротехнических наук РФ, член IEEE, действ. член Нью-Йоркской академии наук, действ. член Европейской академии наук.

Источник: https://famous-scientists.ru/school/1026

Booksm
Добавить комментарий