电磁辅助

电磁辅助（精选三篇）

电磁辅助 篇1

一、教改目的

“电磁场与电磁波”课程是一门具有浓厚数学与物理学色彩的课程。它理论性强, 概念抽象, 数学推导繁琐, 而且基本物理量是三维空间矢量, 对学生的科学计算、抽象思维和空间想象等诸多能力要求较高, 被公认为是一门“教师难教、学生难学”的理论课程。 究其原因, 主要包括以下几个方面:

1.计算繁琐。电磁场问题的求解通常比较复杂, 它涉及到许多数学领域的计算, 例如旋度散度中的求导、时谐场的复数运算和偏微分方程的特殊函数求解, 特别是矢量分析几乎贯穿在整个电磁场问题的求解过程中。

2.模型抽象。各种电磁场都具有复杂的矢量空间分布, 同时非可见光频段的电磁波具有不可见和不可触摸的特性, 只能进行抽象的空间想象, 或者借助昂贵的仪器进行测量。

3.时空分布复杂。电磁波是电场与磁场相互激发的结果, 它在不同位置不同时刻都在发生变化。为更好地描述电磁波的性质, 绘制出空变化的动画图形是十分必要的。如果按照传统手工画图的课堂教学方式, 对于复杂问题的求解和分析不仅耗时费力, 容易出错, 而且不能得到美观精确的三维图形演示。

以上这些不足极大影响了学生对该课程的学习兴趣, 不利于教学工作的顺利开展。因此, 在教学中我们应在熟练掌握Mathematica数学软件所具备的强大计算能力以及出色的图形展示能力的基础上, 深入分析“电磁场与电磁波”课程内容、教学重点与难点, 选择和设计典型电磁场与电磁波问题作为范例, 全面、 系统地开发对应的辅助教学配套讲义和程序包, 并在该课程的辅助教学实践中不断改进完善。

二、教改意义

“电磁场与电磁波”课程包含有大量繁琐的公式推导、复杂多变的科学计算以及难以绘制的空间三维分布图。学生普遍反映该门课程比较难学, 概念抽象, 难以理解。这就要求在该课程教学中应针对这些实际问题开展教学改革探索与实践, 寻求一条建设优质辅助教学资源的途径, 努力为该课程的新型教学手段探索出一条崭新的道路。

基于Mathematica数学软件可安装在个人计算机上, 并且具有其超强的公式推导、科学计算、模拟仿真和结果可视化功能, 在理论理解上就可化抽象为清晰, 在公式推导上化繁杂为简单, 在科学计算上化耗时易错为快捷精确, 用直观的图像形象地描述电磁场分布和电磁波传播的状态。这样师生们就可以从繁琐的数学计算和手工绘图中解放出来, 将更多的精力放到对理论概念的理解和专业知识的获取上。同时, 在掌握课程基本理论的基础上, 对数学软件的初步学习和熟练使用, 必将使得学生的科学计算和图形可视化展示能力“如虎添翼”, 培养学生懂得借助现代计算工具来辅助课程学习和求解实际问题的意识。

开展此类基于数学软件的辅助教学还具有以下几个方面的优点:

1.课程内容和专业软件有机结合的综合教学。经过数学软件开发者多年的不懈努力和版本更新, 现代专业数学软件已具有强大的功能, 特别是符号计算和图形可视化功能的全力提升, 可快速计算“高等数学”、“线性代数”、“复变函数”、“常微分和偏微分方程”等课程所涵盖的公式和方程, 而这些课程是大部分物理类专业课程的数学基础。“电磁场与电磁波”课程刚好具有大量微积分计算、偏微分方程求解、公式推导和三维图形展示的教学需要, 将Mathematica数学软件应用到这门课程的教学中可谓恰到好处。反过来, 数学软件在电磁场与电磁波问题中的应用也为数学软件新功能的开发和完善提供了发展方向。

2. 理论知识讲授和计算仿真演示结合的实时教学。由于场地、经费方面的制约, 部分学校院系对“电磁场与电磁波”课程还没有开展实物实验的客观条件, 导致课程变成纯理论教学, 不利于学生对知识的深刻理解和实践应用。随着现代多媒体教室和个人笔记本电脑的普及, 基于数学软件平台的电磁仿真计算和图形展示, 使得科学计算和仿真演示可以和理论教学同时在教室里进行。这个优势也有利于学生在任意时间、地点应用笔记本电脑动手解决一些实际电磁学问题。

3. 准确快捷的现代计算工具的全面应用替代了耗时易错的传统手工计算。利用Mathematica数学软件快速的符号计算功能辅助教学, 使得电磁学问题的求解过程更加快捷方便, 公式推导更加得心应手, 还能完成手工无法胜任的大型矩阵计算和复杂偏微分方程求解等计算任务。

4. 直观的可视化图形展示替代了深奥的抽象化想象理解。基于Mathematica数学软件强大的函数可视化功能, 对不可见不可触摸的电磁场的求解结果进行仿真处理和图形展示, 可以帮助我们直观理解电磁学问题, 使得学生对电磁理论相关知识点更加易学易懂。

三、教改步骤

任课教师可在熟练掌握Mathematica专业数学软件所具备的功能基础上, 深入分析“电磁场与电磁波” 课程内容的特点、教学重点与难点, 选择和设计典型问题作为范例, 全面系统地开发这些范例所对应的配套辅助教学资料, 并在辅助教学实践中不断完善。具体步骤建议如下:

1.教改方案与设计思路:调研国内“电磁场与电磁波”课程数学软件辅助教学开展情况, 搜集有关文献资料, 制定辅助教改方案, 确定教改思路方法, 合理安排人员分工和任务进度计划。

2.教改资源开发与建设:根据“电磁场与电磁波” 课程教学大纲, 以课程重点和难点内容为核心, 挑选一些既典型又有一定计算难度和复杂性的电磁学问题作为范例。基于Mathematica数学软件, 开展代码编写、调试和优化, 汇总整理程序代码包, 编写一套完整的辅助教学讲义和资料。

3.教改成果实践与完善:将上述辅助教学资料在 “电磁场与电磁波”课程教学中应用。根据教学实践中碰到的问题和学生反馈的意见, 不断加以改进完善。

四、总结

在“电磁场与电磁波”课程中引入Mathematica数学软件作为辅助教学工具, 可有效解决该课程的诸多教学难题, 全面提升学生的科学计算、公式推导和图形可视化能力, 提高其对课程的学习兴趣。以Mathe- matica数学软件为开发平台, 我们可以把理论教学和计算仿真教学有效结合起来, 加深学生对电磁理论的直观化形象化理解, 鼓励学生自己动手利用Mathe- matica数学软件解决一些实际的电磁学问题。这也是全面提高学生综合素质能力, 培养现代创新型人才的改革需要。同时, 在“电磁场与电磁波”课程中开展基于数学软件的辅助教学改革实践不仅丰富了该课程的教学手段, 而且由于软件程序代码具有很好的可移植性和可修改性, 对其他类似专业课程的教学改革也具有很高的参考价值。

摘要：针对“电磁场与电磁波”课程的“计算繁琐、模型抽象、时空分布复杂”等教学难题, 提出借助Mathematica专业数学软件平台开展课堂辅助教学, 详细探讨了辅助教学的目的、意义和步骤, 以全面提升学生的科学计算、公式推导和图形可视化仿真等学习和实践能力, 加深学生对电磁理论的直观化形象化理解。基于经典电磁理论与现代计算工具的有机结合, 开展该类辅助教学改革探索和实践将使课堂教学形象生动, 教学手段更加丰富, 有利于提高课堂教学效果, 增加学生对课程的学习兴趣。

关键词：电磁场与电磁波,教学改革,Mathematica数学软件,辅助教学

参考文献

[1]杜建明.Mathematica在电磁场理论中的应用[M].安徽:合肥工业出版社, 2004.

[2]王明军, 李应乐, 唐静.MATLAB在电磁场与电磁波课程教学中的应用[J].咸阳师范学院学报, 2009, 24 (2) :89-91.

[3]邵小桃, 郭勇, 李一玫.“电磁场与电磁波”课程的MATLAB辅助教学[J].电气电子教学学报, 2010, 32 (5) :111-113.

[4]刘亮元.基于MATLAB的电磁场与电磁波可视化教学研究[J].信息系统工程, 2009, (11) :139-142.

电磁辅助 篇2

1 材料与方法

1.1 一般资料

收集2006年2月～2010年3月间在我院确诊为带状疱疹的病人116例, 以典型的临床症状并结合体征为诊断依据, 未将播散性带状疱疹作为本次研究对象。其中男62例, 女54例, 年龄21～72岁, 平均年龄45.6岁。随机分为观察组与对照组, 每组各58例病人, 观察组中皮损位于面部6例, 胸背及腰腹部43例, 下肢9例。对照组中皮损位于头面部8例, 胸背及腰腹部38例, 下肢12例。两组性别及年龄及发病部位有可比性, 统计学上差异无显著性 (t>0.05) 。

1.2 治疗方法

对照组病人采用口服泛昔洛韦片0.25g, 每日3次, 维生素B1注射液100㎎, 维生素B12注射液0.5㎎肌肉注射, 每日1次, 局部涂抹泛昔洛韦软膏每日2次, 疗程2～4周。观察组除上述治疗方法外, 给予TDP照射, 预热10分钟左右, 距离患处25㎝～35㎝直接照射, 每日照射2次, 每次30min。

1.3 数据统计与分析

统计结果采用SPSS11.0软件包进行描述分析, 检验水准0.05, 若P<0.05, 认为差异有显著性。

2 结果

两组病例疗程满4周后统计治疗效果, 观察组中, 痊愈52例, 显效3例, 有效2例, 无效1例, 治愈率为89.7%。对照组中, 痊愈47例, 显效6例, 有效2例, 无效3例, 治愈率为81.0%。观察组与对照组在治愈率上有显著性差异 (P <0.05) 。观察组止痛时间在2～12d, 而对照组止痛时间在4～23d, 观察组与对照组比较存在显著差异 (P <0.05) 。观察组与对照组均无明显不良反应发生。

3 讨论

带状疱疹的发病机制是水痘-带状疱疹病毒感染后, 病毒多长期存在于相应神经节的神经元中, 正常情况下不发生症状, 只有在某种诱因作用下, 常见因素是机体免疫功能下降, 潜伏的病毒生长繁殖, 受侵的神经节发炎或坏死, 产生神经痛。同时相应的周围神经所支配的皮肤区域出现簇集成群的水泡[1]。该病多引起针刺样、烧灼样及刀割样疼痛, 尤其是老年病人疼痛往往较剧烈。带状疱疹如果延误治疗时机则可能造成神经局部永久性损害, 而遗留愈后神经痛症, 属于极其难治的痛症[2]。故带状疱疹应该早期发现, 早期诊断, 快速治愈, 足量、足疗程用药, 以最大限度的减轻病毒对神经的损伤。常规的治疗方法是应用抗病毒药物和营养神经的药物, 疗效尚可, 但存在症状缓解慢, 愈后容易遗留神经痛等缺点。笔者运用常规治疗方法结合TDP局部照射治疗, 取得了满意的疗效。水痘-带状疱疹病毒不耐热, TDP照射后, 组织局部的温热效应也可以杀灭病毒。本研究中观察组有3例病人带状疱疹发生在三叉神经第一支, 除眼睑及局部皮肤受累外, 合并虹膜睫状体炎及角膜炎, 病人疼痛非常剧烈, 给予阿昔洛韦及地塞米松滴眼液交替滴眼, 同时给予TDP照射, 病人3d左右疼痛明显缓解。本研究中, 带状疱疹常规治疗结合特定电磁波治疗器照射治疗在治愈率及止痛时间上, 明显优于单纯应用常规方法治疗。

综上所述, 采用常规抗病毒及营养神经方法结合TDP照射治疗带状疱疹具有方法简单、疗效确切、治愈时间短、缓解疼痛迅速且安全可靠等优点, 适合在基层单位推广。

摘要：目的 比较分析常规治疗及其结合TDP照射治疗带状疱疹的效果观察。方法选取带状疱疹患者共计116例, 随机分为观察组与对照组, 每组各58例患者, 对照组给予常规抗病毒、营养神经、镇痛等治疗。观察组在常规治疗基础上结合TDP照射治疗, 治疗满3-4周进行疗效观察。结果观察组中治愈率为89.7%, 而对照组为81.0%, 观察组的治愈率均明显优于对照组 (P<0.05) 。结论常规治疗结合TDP照射治疗带状疱疹, 具有起效快、效果显著、明显缩短病程及无明显不良反应等优点, 值得临床推广。

关键词：带状疱疹,TDP,疗效观察

参考文献

[1]韩莹, 朱翊, 傅得兴.带状疱疹后神经痛的药物治疗研究[J].首都医药, 2010, 9 (18) :13-14.

电磁辅助 篇3

众所周知,利用电磁场处理技术来细化液态合金熔体的凝固组织、过滤和去除铝合金熔体中非金属相,已经在铝合金制备工艺中得到广泛的应用[6,7,8,9,10,11]。但是采用辅助电磁场的方法在非真空条件下利用液体流变、非金属增强相和熔体电磁性质的差异来控制增强相颗粒的分布,从而实现其液相扩散连接还未见相关报道。本工作试图通过电磁场效应,控制液固界面处强化相的推斥/吞没行为,使强化相在液相层中作定向迁移运动,实现在铝基复合材料钎缝界面处原位再造复合材料,得到强化相增强复合钎缝。

1 实验

1.1 实验材料

本研究所用材料为SiC/A356铝基复合材料,其中颗粒增强相所占体积分数为10%,平均直径为20 μm,试样加工成棒状,尺寸为ϕ20mm×10mm,其抗拉强度为338～379MPa。所用钎料为箔状Zn-Al合金,其成分为Zn 80%和Al 20%(质量分数),固-液相线温度区间为403.7～454.1℃。

1.2 实验设备

本研究中使用的设备主要包括自制电磁场辅助钎焊设备(如图1所示)、稳恒电磁场装置(磁场强度可在0～1T之间任意调节)、交流方波电源、镶嵌机、抛光机、配备有能谱(OXFORD-7573)的扫描电镜(JEOL JSM-6480)等。

1.3 实验方法

为便于比较,研究中分别使用传统钎焊方法和电磁场辅助复合钎焊方法来连接SiC/A356铝基复合材料。使用传统钎焊方式连接时,钎焊温度为510℃、保温时间为2min。使用电磁场辅助复合钎焊方法时,试验在自制电磁场辅助钎焊设备中进行,钎焊温度及保温时间和传统钎焊方法相同,在此基础上使用稳恒磁场装置施加强度为0.5T的磁场,并连接碳棒至交流方波电源输出端,使得钎焊连接时液相中的强化相粒子受到电磁力的作用。调整交流方波电场参数,以控制接头液相连接过程中所受电磁力的大小和周期,从而获得不同电磁场参数作用下的钎焊接头。最后对所得的接头进行线切割、打磨、抛光等操作,并在扫描电镜上观察和研究其界面微观组织,重点了解电磁场参数变化对界面SiC强化相的分布状态的影响。

2 实验结果及分析

2.1 无辅助电磁场时钎焊界面微观组织

图2为钎焊温度为510℃,保温时间为2 min无辅助电磁场时所得的SiC/A356钎焊界面微观组织照片,其中深灰色块状相为SiC强化相。由图2可以看出当无外加电磁场时,钎焊界面附近SiC强化相分布很不均匀。在钎料层内部基本无强化相分布,在界面靠近母材的两侧有局部强化相偏聚的行为。

2.2 施加辅助电磁场时钎焊界面微观组织

图3为钎焊温度为510℃,保温时间都为2min时,在辅助电磁场作用下的SiC/A356铝基复合材料的钎焊界面组织照片,电磁场的基本参数为:磁场强度皆为0.5T,交变电流频率为100Hz,电流峰值(IP)分别为40,50,60A和70A。由图3可以看出在4种峰值电流作用下(和图2相比)强化相分布都得到了有利的改善,尤其是在熔化的钎料区域内部也存在比较均匀的强化相分布。另外由图3还可看出,随着交变电流峰值的增加,钎缝内部强化相分布逐渐趋于均匀,图3(a),(b)中还可发现在钎缝内部存在无强化相分布的区域以及强化相偏聚区域。而在图3(c),(d)中基本不存在无强化相和强化相偏聚区,尤其是当峰值电流为70A时(见图3(d)),强化相在整个钎缝中的分布都十分均匀,强化相弥散分布。

3 讨论

3.1 钎焊凝固界面前沿颗粒的受力

根据相关学者的研究基础并结合本文中SiC粒子强化铝合金的实验研究,对电磁场作用下的颗粒行为进行了讨论[12,13]。研究表明作用在凝固界面前沿颗粒上的力主要有三个:一是颗粒由于密度差而受到的有效重力;二是凝固界面对颗粒的推斥力;三是颗粒具有运动速度时受到金属液的黏滞阻力。上述三个力分别为:

(1)有效重力

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式中:rP为颗粒半径;Δρ为颗粒与金属液之间的密度差;g为重力加速度。

(2)界面推斥力

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式中:Δσ0为三相之间的界面能差;a0为原子间距离;h为颗粒与界面之间界面层的厚度;n为与界面形状有关的系数,对平面界面而言,n=7～8,此处取n=7。

(3)黏滞阻力

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式中:η为液体的黏度;vp为颗粒速度;ξ为修正系数,当颗粒处于无约束的液体中时ξ=1,当颗粒接近凝固界面时ξ=rP/h,而当颗粒沿着凝固界面运动时,undefined。

考虑到与重力方向的关系,凝固界面主要有两种典型情况:即水平凝固界面和垂直凝固界面,为简单计,并结合实际钎焊时的颗粒受力情况,本处只考虑水平凝固界面。在通常情况下,前述三种力决定了颗粒的行为,而前面各研究者提出的影响因素如界面能、温度梯度、颗粒直径、浓度梯度、界面形状、界面前沿的流动均将影响到颗粒的受力,因而也影响到颗粒的行为。因此,如果在此体系中引入外场力(如电磁力),颗粒的受力平衡也将发生改变。由于外场力会改变颗粒的迁移速度,因此根据Uhlmann等人的结论,可提出外场力下的颗粒行为的一般判据[14]:

(1)当vP-R≥0时,则颗粒被凝固界面推斥

(2)当vP-R<0时,则颗粒被凝固界面吞没

式中:vP为颗粒在上述三种力及外场力的作用下获得的速度;R为凝固界面推进速度。

3.2 钎焊凝固界面前沿颗粒的电磁力控制

本研究中,SiC强化相的平均直径为20μm。文献[15]对Al基体中SiC颗粒的观察表明,直径20μm的SiC颗粒被凝固界面前沿推斥所获得的速度约为200 μm/s,SiC颗粒被吞没的临界凝固速度RC为832μm/s。在本研究条件下,取峰值电流为最小的40A时,电流密度J=1.27×106 A/m2,B=0.5T,铝液的黏度η=0.005 Pa·s(由于在钎焊过程中,Zn很快蒸发,因此用铝液的黏度代替),而根据相关文献[12],可求得颗粒在电磁力作用下的迁移速度为:

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此速率明显大于颗粒吞没的临界凝固速度RC,因此,在本研究指定的电流条件下,通过施加辅助电磁力作用,就可以满足前面的判据,所以施加电磁力来改变颗粒的推斥与吞没行为完全是可能的。而且可以看出电磁力作用下的迁移速度和电流值成正比,当电流值增加时强化相颗粒的迁移速度也逐渐增加。由试验结果也可以看出,在施加电磁场进行钎焊时,随电流值增加,有更多强化相颗粒避免被凝固界面吞没,从而使得钎缝内部强化相分布逐渐趋于均匀,如图3所示。

4 结论

(1) 通过自制电磁场辅助钎焊装置对铝基复合材料进行了成功连接,在适当电磁场参数的复合作用下(磁场强度皆为0.5T,交变电流频率为100Hz,电流峰值为70A),SiC强化颗粒的行为得到了有效的控制,避免了SiC强化相颗粒在界面处的偏聚行为,获得了SiC强化相颗粒在钎缝中均匀分布铝基复合材料钎焊接头。