電磁波在海水中的應用舉例？？

【專家解說】：　　電磁波在海水中的衰減十分迅速，但頻率極低的電磁波在海水中的衰減就要慢得多。例如，頻率低于10赫的電磁波，在海水中的穿透深度可達5000米，可用于陸地對大洋深處的潛艇通訊和海底地殼物理探礦。電磁學在海洋研究中的應用摘要：隨著電磁波中的超長波用于對潛艇通訊，和極長波用于對大洋深處核潛艇通訊的要求，各國相繼開始研究海水的電磁特性和電磁波在海洋中的傳播規(guī)律。19世紀70年代以來，已經(jīng)開始將電磁波中的極長波用于探測研究海底巖石圈的地質構造和探礦。海洋中海天然電磁場和海水在地磁場中運動時產(chǎn)生的感應電磁場，都會對水下通訊和地質探制造成干擾，這又促使人們對海洋中的天然磁場和感應電磁場進行更細致深入的研究。 關鍵字：電磁波；海洋電磁學；麥克斯韋方程組；海洋電磁場海洋電磁學主要研究海洋的電磁特性，海洋中的電磁場和電磁波的運動形態(tài)和規(guī)律，及其在海洋科學、海洋通訊和海洋開發(fā)中的應用的學科。經(jīng)過大學期間我們對電磁學的學習以及探究，我們應該已經(jīng)具備研究一些海洋電磁學問題的能力了。過去，在學習電磁學的時候我們大都沒有聽過“海洋電磁學”這個詞，其實電磁學在一些海洋問題中的應用和研究早在1832年就已經(jīng)開始進行了，對于這一具有神秘性的課題我十分感興趣，本文就是對電磁學在海洋研究中的應用進行介紹和研究的。內容包括海洋電磁學的發(fā)展、應用、利用了什么樣的電磁學原理以及對這些原理的深入分析。 一、海洋電磁學的發(fā)展及應用領域 海洋中的各種鹽類幾乎完全解離，這使海水含有大量離子而成為導體。法拉第早在1832年就指出：在地磁場中流動的海水，就象在磁場中運動的金屬導體一樣，也會產(chǎn)生感應電動勢。他在泰晤士河做過實驗，但沒有得到預期的結果；但他指出，在英吉利海峽必定能測出。1851年，渥拉斯頓在橫過英吉利海峽的海底電纜上，檢測到和海水潮汐周期相同的電位變化，證實了法拉第的預言。由此開始了對海洋中的電磁現(xiàn)象的研究。隨著電磁波中的超長波用于對潛艇通訊，和極長波用于對大洋深處核潛艇通訊的要求，各國相繼開始研究海水的電磁特性和電磁波在海洋中的傳播規(guī)律。19世紀70年代以來，已經(jīng)開始將電磁波中的極長波用于探測研究海底巖石圈的地質構造和探礦。海洋中海天然電磁場和海水在地磁場中運動時產(chǎn)生的感應電磁場，都會對水下通訊和地質探制造成干擾，這又促使人們對海洋中的天然磁場和感應電磁場進行更細致深入的研究。 電磁波在海水中傳播時激起的傳導電流，致使電磁波的能量急劇衰減，頻率愈高，衰減愈快。由麥克斯韋方程組可得出：兆赫以上的電磁波在海水中的穿透深度小于25厘米，海水對這種電磁波就成為很強的屏蔽層；而頻率低于10周/小時的電磁波，在海水中的穿透深度可達5000米。這樣，海洋就成為完全可穿透的了。這種極低頻的電磁波，可用于陸地對大洋深處核潛艇通訊和海底地殼物理探礦，是海洋電磁學研究的一項主要內容。 海洋中主要的天然電磁場是地磁場，而占據(jù)地磁場99%以上的主磁場，幾乎全部起因于地核。另外，地球大氣電離層中發(fā)生的各種動力學過程，包括來自太陽的等離子流和地球磁圈及電離層的相互作用，不斷產(chǎn)生頻率范圍很寬的電磁波。其中的周期為數(shù)分鐘以上的，能夠穿過海水而達到海底，再穿過海底沉積層，達到上地幔巖石圈甚至更深處。 海水和海底接觸處的電化學過程，巖石中的滲透過程，及海水在巖石中的擴散作用等物理作用和化學作用，在海洋中也能產(chǎn)生電場，其強度可達100微伏/米。在浮游植物和細菌的聚集區(qū)，也發(fā)現(xiàn)有生物電場。 海水的各種較大尺度的運動，如表面長波、內波、潮汐和海流等，都能感應出相應的電磁場。研究海水各種尺度運動所產(chǎn)生的感應電磁場，探求測量它們的方法，進而通過電磁測量來了解海水的各種運動，也是海洋電磁學研究的一個重要方面。 陸地、艦艇和飛機與水下潛艇進行無線電通訊時，所用的電磁波中的超長波，波長在萬米以上(頻率低于30千赫)。電磁波沿地球表面和高度為70～80公里的電離層所構成的兩個同心反射層之間傳播，然后垂直透入海水，潛艇可在水面以下30米深處收到這種電磁波。 要從陸地上和藏在大洋深處的核潛艇通訊，比較可*的手段是極低頻電磁波(波長在百萬米以上)。實驗表明，潛航于120米深的核潛艇用300米長的拖曳接收天線，能順利地收到4600公里遠的極長波指令。使用超長波和極長波對潛艇通訊，其優(yōu)點是不受磁爆、核爆炸和太陽黑子的影響。 裂隙中充滿海水的巖石和硫化礦物，都能使巖石的電導率增加兩個量級以上，可以用電磁波探測到，這是一種有效的探測手段。海底巖石圈的電導率與它的物理化學性質、溫度和含水量等，均有關系。根據(jù)海底附近的電磁測量，推斷海底以下的上地幔巖石圈的電磁性質，可用來研究海底巖石圈的結構、熱力學過程和海底巖基的運動及海底礦床的形成。二、海洋電磁學應用原理分析 海洋電磁學中最為有代表性的物理學原理應該說是電磁感應原理了。法拉第電磁感應定律：在電磁感應現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應電動勢大小，跟穿過這一回路的磁通量的變化率成正比。由于通過導體本身的電流發(fā)生變化而引起的電磁感應現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象．自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應電動勢叫自感電動勢，自感電動勢阻礙導體本身電流的變化．自感電動勢的大小跟電流的變化率成正比，對同一線圈，電流變化越快，自感電動勢越大．我們知道海洋中的水有其一定規(guī)則式的流動，勢必會與海洋地磁場或其他磁場做切割磁感線運動，從而產(chǎn)生感應電流。值得一提的是麥克斯韋方程組是海洋電磁學經(jīng)常用到的依據(jù)。所以說電磁感應原理在這流動性很強的海洋中就會顯的格外常見。 大家可能會想起一項在海底勘探工作中經(jīng)常會碰到的一種技術——海底管道缺陷定位技術。技術人員利用超低頻電磁波作為示蹤源,建立磁場模型,并對示蹤信號的發(fā)射與接收圖形進行研究,從而精確定位海底管道內層的泄漏點。在深海中一些石油管道、天然氣管道以及其他重要的輸送管道的維護與修復都會用到這項技術，現(xiàn)在這項技術已經(jīng)成為海下管道維護和海底勘探必不可少的科學工具了。.強大的通訊功能是電磁波的特性之一，其優(yōu)點是不受磁爆、核爆炸和太陽黑子的影響。這樣無論是海底還是空中的通訊都不會受到外界的干擾。我們最為熟悉的應該是高中課堂上講過的用電磁波測量海水的深度實驗，這是利用了低頻電磁波的高穿透能力，電磁波打到海水底部時發(fā)生反射，由于海水幾乎不會影響到電磁波的傳播路徑所以我們會在電磁波發(fā)射端接收到反射回來的電磁波，從而根據(jù)發(fā)射到接收經(jīng)過的時間去確定一定區(qū)域內海水的深度。還有一些海洋科學有關電磁學原理的應用，相對來說與我們的生活聯(lián)系不是很大我們這里就不做探討了，這樣有價值的物理學研究性科學是否說就是能象計算機一樣得到飛速的發(fā)展呢？三、海洋電磁學的發(fā)展前景 海洋科學專業(yè)培養(yǎng)具備海洋科學的基本理論、基礎知識和基本技能，能在海洋科學及相關領域從事科研、教學、管理及技術工作的高級專門人才。主要到海洋科學及相關領域從事科研、教學、管理及技術工作。對于海洋電磁學的發(fā)展，應該是海洋科學的一項主導性的研究，因為有太多的海洋科學原理與電磁學密切相關了。所以我們可以這樣推斷：由于目前世界的主流在于資源的開發(fā)與經(jīng)濟的發(fā)展去帶動國家綜合實力的提升，例如伊拉克的石油、意大利的鉆石，還有澳大利亞的羊毛等等。他們的特點在于有一支獨秀的地質、環(huán)境資源。許多國家已經(jīng)注意到了這一現(xiàn)象，正在努力的發(fā)展自己的獨特產(chǎn)業(yè)。海洋是個大寶庫，地球上70%以上是海洋，所以我們說海洋科學的發(fā)展前景應該是前途無量的，海洋電磁學作為其主導學科的發(fā)展前景亦不容小視。