海洋电磁学

时间:2017-06-07 21:32:01

分类:海军知识

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海洋电磁学

研究海洋的电磁特性、电磁场和电磁波在海洋中传播规律及其应用的学科。物理海洋学的分支,发展很快的新兴学科。海洋电磁特性与海水物理、化学性质密切相关。

地位、作用 海洋电磁波广泛运用于海洋水下探测、通信、导航、捕捞、探矿和海洋微波遥感等海洋科学研究和海洋生产活动。在军事上,主要用于指挥水下潜艇特别是大深度的战略导弹潜艇的通信、导航,深潜器和深海打捞通信。利用甚长波,攻击潜艇可在水下30米接收;利用超长波,战略导弹潜艇可在水下120米处用300米长拖曳天线,接收4600千米外的指令。

发展简史 1820年,丹麦H.C.奥斯特发明电流的磁效应。1832年,英国M.法拉弟发现电磁感应现象,接着发现电解定律,并指出海水是含盐分导体,在地磁场内流动的海水,就象在磁场中运动的金属导体一样,也会产生感应电动势,对研究电场和磁场获得重要结果。1851年,英国C.渥拉斯顿在横过英吉利海峡海底电缆上检测到与潮汐相同的电位变化,证实法拉弟的预言。从此,建立起海洋电磁理论并开展应用研究。1864年,英国J.C.麦克斯韦建立电磁场方程组。1887年,德国H.R.赫兹用实验证明电磁波存在,并具有反射、折射和偏振等特性,首先发现了光电效应。此后,主要海洋国家相继开展研究海水的电磁特性、电磁场和电磁波在海洋中的传播规律,发现海洋天然磁场和海水在磁场中运动时产生的感应电动场,都会对水下通信和地磁探测产生干扰,促进了海洋电磁学研究的深入。19世纪70年代后,超长波已开始应用于探测海底岩石圈的地质结构和探矿。第二次世界大战后,开始使用甚长波对水下30米以内潜艇的通信指挥。20世纪60年代,战略导弹潜艇问世后,研究出使用超长波实施对大深度巡航的战略导弹潜艇的通信指挥。同一时期,英国、苏联等许多国家的科学家研究出海洋电场与鱼类回游、深度分布的关系。海洋电磁学随着理论研究和应用研究的深化,逐渐形成物理海洋学中的独立分支学科。

研究内容 包括基础理论研究和应用研究。基础理论研究,主要有:①海水电磁参数,是研究海水的磁导率、电导率、介电常数及其与海水的温度、盐度、压力、电磁场频率等的关系。海水磁导率,通常采用真空的磁导率;海水的电导率是量度海水的导电能力,随海水的温度、盐度和压力的增加而增大,在一定的海水压力下,不同盐度的海水电导率随温度变化,海水温度对海水电导率起主导作用;海水的介电常数,与海水盐度、电磁场频率和温度的关系只能用半经验公式求得。②电磁波在海洋中的传播特性是海洋电磁学研究的重点内容。传播时能量急剧衰减,频率愈高,衰减愈快。实验证明,频率在兆赫以上的电磁波在海水中的穿透深度小于25厘米,而频率低于10周/时的极低频电磁波在海水中的穿透深度可达5000米。③海洋电磁场时空分布有天然电磁场和感应电磁场两类。天然电磁场即地磁场,源于地核,其变化每年约达100伽玛。感应电磁场主要是大气电磁层中发生的各种动力学过程,不断产生频率很宽的电磁波。其中,周期在数分钟以上的电磁波能穿透海水水体、海底沉积层达到上地幔岩石圈,由此产生的各种物理、化学作用,在海洋中也能产生电场,强度可达100微伏/米。海洋中浮游植物和细菌聚集区还有生物电场。这些电场在海水表面长波、内波、潮汐、海流等大尺度运动下都能感应出相应的电磁场,通过电磁测量可了解海水的各种运动。海洋电磁学的应用研究,民间主要集中在探测海底地质构造,勘探和开发矿产资源等方面。军事上主要研究应用于陆地、空中、水下的对潜指挥通信,对水下物体的打捞救生和海底军事工程之间的通信等。

展望 随着海洋事业的发展和海洋军事活动的加强,海洋电磁学的基础理论研究将向微观深化,应用研究重点将向宏观发展。

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