电磁波在海水中的应用举例?

电磁波在海水中的应用举例?
多多益善,

电磁波在海水中的衰减十分迅速,但频率极低的电磁波在海水中的衰减就要慢得多.例如,频率低于10赫的电磁波,在海水中的穿透深度可达5000米,可用于陆地对大洋深处的潜艇通讯和海底地壳物理探矿.电磁学在海洋研究中的应用摘要：随着电磁波中的超长波用于对潜艇通讯,和极长波用于对大洋深处核潜艇通讯的要求,各国相继开始研究海水的电磁特性和电磁波在海洋中的传播规律.19世纪70年代以来,已经开始将电磁波中的极长波用于探测研究海底岩石圈的地质构造和探矿.海洋中海天然电磁场和海水在地磁场中运动时产生的感应电磁场,都会对水下通讯和地质探制造成干扰,这又促使人们对海洋中的天然磁场和感应电磁场进行更细致深入的研究. 关键字：电磁波；海洋电磁学；麦克斯韦方程组；海洋电磁场海洋电磁学主要研究海洋的电磁特性,海洋中的电磁场和电磁波的运动形态和规律,及其在海洋科学、海洋通讯和海洋开发中的应用的学科.经过大学期间我们对电磁学的学习以及探究,我们应该已经具备研究一些海洋电磁学问题的能力了.过去,在学习电磁学的时候我们大都没有听过“海洋电磁学”这个词,其实电磁学在一些海洋问题中的应用和研究早在1832年就已经开始进行了,对于这一具有神秘性的课题我十分感兴趣,本文就是对电磁学在海洋研究中的应用进行介绍和研究的.内容包括海洋电磁学的发展、应用、利用了什么样的电磁学原理以及对这些原理的深入分析. 一、海洋电磁学的发展及应用领域 海洋中的各种盐类几乎完全解离,这使海水含有大量离子而成为导体.法拉第早在1832年就指出：在地磁场中流动的海水,就象在磁场中运动的金属导体一样,也会产生感应电动势.他在泰晤士河做过实验,但没有得到预期的结果；但他指出,在英吉利海峡必定能测出.1851年,渥拉斯顿在横过英吉利海峡的海底电缆上,检测到和海水潮汐周期相同的电位变化,证实了法拉第的预言.由此开始了对海洋中的电磁现象的研究.随着电磁波中的超长波用于对潜艇通讯,和极长波用于对大洋深处核潜艇通讯的要求,各国相继开始研究海水的电磁特性和电磁波在海洋中的传播规律.19世纪70年代以来,已经开始将电磁波中的极长波用于探测研究海底岩石圈的地质构造和探矿.海洋中海天然电磁场和海水在地磁场中运动时产生的感应电磁场,都会对水下通讯和地质探制造成干扰,这又促使人们对海洋中的天然磁场和感应电磁场进行更细致深入的研究. 电磁波在海水中传播时激起的传导电流,致使电磁波的能量急剧衰减,频率愈高,衰减愈快.由麦克斯韦方程组可得出：兆赫以上的电磁波在海水中的穿透深度小于25厘米,海水对这种电磁波就成为很强的屏蔽层；而频率低于10周/小时的电磁波,在海水中的穿透深度可达5000米.这样,海洋就成为完全可穿透的了.这种极低频的电磁波,可用于陆地对大洋深处核潜艇通讯和海底地壳物理探矿,是海洋电磁学研究的一项主要内容. 海洋中主要的天然电磁场是地磁场,而占据地磁场99%以上的主磁场,几乎全部起因于地核.另外,地球大气电离层中发生的各种动力学过程,包括来自太阳的等离子流和地球磁圈及电离层的相互作用,不断产生频率范围很宽的电磁波.其中的周期为数分钟以上的,能够穿过海水而达到海底,再穿过海底沉积层,达到上地幔岩石圈甚至更深处. 海水和海底接触处的电化学过程,岩石中的渗透过程,及海水在岩石中的扩散作用等物理作用和化学作用,在海洋中也能产生电场,其强度可达100微伏/米.在浮游植物和细菌的聚集区,也发现有生物电场. 海水的各种较大尺度的运动,如表面长波、内波、潮汐和海流等,都能感应出相应的电磁场.研究海水各种尺度运动所产生的感应电磁场,探求测量它们的方法,进而通过电磁测量来了解海水的各种运动,也是海洋电磁学研究的一个重要方面. 陆地、舰艇和飞机与水下潜艇进行无线电通讯时,所用的电磁波中的超长波,波长在万米以上(频率低于30千赫).电磁波沿地球表面和高度为70～80公里的电离层所构成的两个同心反射层之间传播,然后垂直透入海水,潜艇可在水面以下30米深处收到这种电磁波. 要从陆地上和藏在大洋深处的核潜艇通讯,比较可*的手段是极低频电磁波(波长在百万米以上).实验表明,潜航于120米深的核潜艇用300米长的拖曳接收天线,能顺利地收到4600公里远的极长波指令.使用超长波和极长波对潜艇通讯,其优点是不受磁爆、核爆炸和太阳黑子的影响. 裂隙中充满海水的岩石和硫化矿物,都能使岩石的电导率增加两个量级以上,可以用电磁波探测到,这是一种有效的探测手段.海底岩石圈的电导率与它的物理化学性质、温度和含水量等,均有关系.根据海底附近的电磁测量,推断海底以下的上地幔岩石圈的电磁性质,可用来研究海底岩石圈的结构、热力学过程和海底岩基的运动及海底矿床的形成.二、海洋电磁学应用原理分析 海洋电磁学中最为有代表性的物理学原理应该说是电磁感应原理了.法拉第电磁感应定律：在电磁感应现象中产生的感应电动势大小,跟穿过这一回路的磁通量的变化率成正比.由于通过导体本身的电流发生变化而引起的电磁感应现象叫自感现象．自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势,自感电动势阻碍导体本身电流的变化．自感电动势的大小跟电流的变化率成正比,对同一线圈,电流变化越快,自感电动势越大．我们知道海洋中的水有其一定规则式的流动,势必会与海洋地磁场或其他磁场做切割磁感线运动,从而产生感应电流.值得一提的是麦克斯韦方程组是海洋电磁学经常用到的依据.所以说电磁感应原理在这流动性很强的海洋中就会显的格外常见. 大家可能会想起一项在海底勘探工作中经常会碰到的一种技术——海底管道缺陷定位技术.技术人员利用超低频电磁波作为示踪源,建立磁场模型,并对示踪信号的发射与接收图形进行研究,从而精确定位海底管道内层的泄漏点.在深海中一些石油管道、天然气管道以及其他重要的输送管道的维护与修复都会用到这项技术,现在这项技术已经成为海下管道维护和海底勘探必不可少的科学工具了..强大的通讯功能是电磁波的特性之一,其优点是不受磁爆、核爆炸和太阳黑子的影响.这样无论是海底还是空中的通讯都不会受到外界的干扰.我们最为熟悉的应该是高中课堂上讲过的用电磁波测量海水的深度实验,这是利用了低频电磁波的高穿透能力,电磁波打到海水底部时发生反射,由于海水几乎不会影响到电磁波的传播路径所以我们会在电磁波发射端接收到反射回来的电磁波,从而根据发射到接收经过的时间去确定一定区域内海水的深度.还有一些海洋科学有关电磁学原理的应用,相对来说与我们的生活联系不是很大我们这里就不做探讨了,这样有价值的物理学研究性科学是否说就是能象计算机一样得到飞速的发展呢?三、海洋电磁学的发展前景 海洋科学专业培养具备海洋科学的基本理论、基础知识和基本技能,能在海洋科学及相关领域从事科研、教学、管理及技术工作的高级专门人才.主要到海洋科学及相关领域从事科研、教学、管理及技术工作.对于海洋电磁学的发展,应该是海洋科学的一项主导性的研究,因为有太多的海洋科学原理与电磁学密切相关了.所以我们可以这样推断：由于目前世界的主流在于资源的开发与经济的发展去带动国家综合实力的提升,例如伊拉克的石油、意大利的钻石,还有澳大利亚的羊毛等等.他们的特点在于有一支独秀的地质、环境资源.许多国家已经注意到了这一现象,正在努力的发展自己的独特产业.海洋是个大宝库,地球上70%以上是海洋,所以我们说海洋科学的发展前景应该是前途无量的,海洋电磁学作为其主导学科的发展前景亦不容小视.