电磁加速器的原理及应用
摘要：
当代物理学发展极其迅速，各种新奇的机械装置都是层出不穷，极大地提高了我们的生活水平，并且节约了能源。

这都要归功于人类的智慧以及对物理学的深入研究。

电磁学作为物理学中的一大板块，对人类来说自然是很重要而且极具发展前途的，依据电磁学的原理,人们已经制出了包括电磁铁起重机、电视的显像管、回转加速器和电磁加速器等等的一系列应用到电磁感应的原理来工作的装置。

其中的电磁加速器是现在各个大国都在研究的热门领域，利用电磁加速可以在更加环保的条件下获得更好的加速效果，在战略性武器和航空航天领域都有着十分广阔的前景。

下面我们来探究一下电磁学原理在电磁加速器中的应用。

关键词：
物理学、电磁学、电磁加速器、原理及应用、前景；
正文：
要了解电磁加速器的原理，首先要了解电磁学的原理和什么是电磁加速器。

需要了解的电磁学知识：
1. 电流磁效应：通电导体周围会形成磁场，由丹麦物理学家奥斯特提出。

2. 安培力：通电导体在磁场中所受的磁场力，为纪念物理学家安培而得以命名。

3. 磁感应强度：描述磁场强弱的物理量，符号B 。

磁感应强度的单位是特斯拉，简称特，符号T ，1 T =1 N/A ·m 。

4. 判断电流周围磁感应强度方向的右手定则和判断安培力方向的左手定则，由科学家们通过观察并总结而得，原理较简单，在此不做详细说明。

电磁加速器：利用电磁力提升和推动物体,或者把物体加速到超高速
( > 3km/s )的装置。

基本原理如图。

电源 物体 电流 电流 电流 开关 导轨 导轨 回 路 导轨 电枢 磁感线 电流 图１
如图，高压电源，开关，导轨和物体（若物体本身不导电，则在物体底面加上一个可以导电的电枢）组成回路（如图1），使两导轨有反向电流通过，根据安培右手定则可知导轨中间会产生很大的同向磁场（如图2，方向向下），再根据左手定则，可知电枢受一个如图2所示的，方向向前的力Ｆ。

根据安培力公式：
Ｆ＝ＩＬＢ
又根据动量定理：
ｖ＝Ｆｔ／ｍ
可知加速物体至一个很大的速度，需要有足够长的导轨（提供时间）和足够大的电流，并尽可能减少轨道与物体间的摩擦。

这便是简单的电磁加速器的原理。

接下来就来看看电磁加速器的应用吧，高端的技术只有用在合适的地方才能凸显其高端所在。

应用一：电磁轨道炮
电磁轨道炮（磁轨炮）我们经常在很多影视作品中看到，我们也为其绚丽的效果和巨大杀伤力所震骇。

而在实际中，各国也将磁轨炮的发展作为重点研究对象。

磁轨炮作为一种利用电磁发射技术制成的一种先进的高科技设备在许多发面都有着重要的应用，而与传统的大炮在原理上有着重要的区别。

美国于1982年研制成功实验级磁轨炮,弹丸质量317g 、初速4200m/ s 。

1992 年夏,美国研制成功世界上第一套完整的9MJ 靶场磁轨炮,并在陆军试验场进行了发射试验,迈出了电磁炮走出实验室的第一步。

该炮是一个连续发射物体
图２
系统,全重25t ,能以2500～4000m/s的初速齐射9 发弹丸,炮口动能9MJ。

介于磁轨炮需要极大的电流作为发射动力（约7～9ＭＡ），所以仅靠电源来产生电流是不行的，一般都要用到很大的电容蓄电组，蓄电后短时间放电以达到所需的电流大小。

所以会有蓄电时间长，导轨易损坏等问题，尚有待完善。

而且目前已经研发出了更为稳定，但造价更高昂的线圈加速型电磁炮和电热电磁炮，都属于电磁加速器的家族，只是原理略有不同。

应用二：发射卫星（设想）
因为火箭的成本和使用次数的限制，使火箭在应用中会产生许多的问题，而用类似电磁加速器的装置更适应未来的要求，可以带来极大的方便并节省经费，所以科学家们在研究用电磁加速器来发射卫星用以替代火箭的技术。

火箭发射的有效载荷和火箭质量比很小，且为一次性，发射成本高，综合评估，发射一千克有效载荷需2000～8000美元。

而电磁发射器可重复使用，发射成本低，每千克有效载荷仅1～1.5美元。

科学家们设想先用电磁发射器把火箭加速到1.6km/s，然后火箭点火，将有效载荷加速到11km/s。

这样能极大的提高火箭的使用效率，节省燃料。

总结：
电磁加速器在军事领域和航天领域的广阔前景相信大家都已经看到了，也对电磁加速器的原理有了一个比较基本的了解。

可以确定的是，应用了电磁加速器的装置将会变得更加小型化和日常化，并在我们的生活中得到恰当的运用。

物理学界的研究成果毫无疑问能带给人类极大的好处，并推动社会的发展和进步。

所以说物理与我们的生活息息相关，将来打算投身于物理学研究的同学们自然要在现在学好物理，而将来打算在其他领域一显身手的同学们也要为了跟上时代的步伐而学好物理。

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高中物理选修3-1 人民教育出版社课程教材研究所。