《渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動》3

第四章：電磁感應(yīng)

第7節(jié)：渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動☆．回顧與思考……

根據(jù)麥克斯韋電磁場理論：

變化的磁場能在周圍空間激發(fā)電場，這種電場叫感生電場。BE

磁場變化產(chǎn)生感生電場，導(dǎo)體放在感生電場中，其中的自由電荷在感生電場力方向運動，產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流的分布與感生電場線分布類似。

這樣的感應(yīng)電流，看起來就像水中的旋渦，所以把它叫做渦電流，簡稱渦流。一、渦流（eddycurrent）

定義：塊狀金屬在變化的磁場中或在磁場中運動時，金屬塊內(nèi)產(chǎn)生的自成閉合回路的感應(yīng)電流，叫渦電流，簡稱渦流。

渦流是整塊導(dǎo)體發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，同樣遵守電磁感應(yīng)定律．

金屬塊中的渦流也要產(chǎn)生熱量，如果金屬的電阻率小，則渦流很強，產(chǎn)生的熱量也很多。渦流的利用真空冶煉爐

高頻感應(yīng)爐：利用渦流的熱效應(yīng)來熔化金屬。交流電的頻率越高，金屬熔爐中的感應(yīng)電動勢就越大，金屬材料的電阻率越小，產(chǎn)生的渦流熱效應(yīng)就越強。

高頻感應(yīng)爐優(yōu)點：速度快，溫度易控制，整個過程在真空中進行，能避免有害雜質(zhì)混入被冶煉的金屬中，適于冶煉特種合金和特種鋼。渦流的利用高頻焊接

高頻焊接機原理：線圈中通以高頻電流，內(nèi)部焊接工件由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)電流，頻率越高，產(chǎn)生的感應(yīng)電流越大。由于焊接縫處接觸電阻很大，放出的熱量很多，致使溫度升高將金屬熔化，焊接在一起。應(yīng)用于焊接自行車車架?！睿伎寂c討論……

電動機和變壓器的工作原理都跟電磁感應(yīng)現(xiàn)象有關(guān)，內(nèi)部都有鐵芯結(jié)構(gòu)，為什么電動機和變壓器等的鐵芯都不是整塊金屬，而是用許多相互絕緣的薄硅鋼片疊合而成？電動機的鐵芯變壓器的鐵芯

電動機、變壓器的線圈都繞在鐵芯上．線圈中流過變化的電流，在鐵芯中產(chǎn)生的渦流使鐵芯發(fā)熱，浪費了能量，還可能損壞電器．思考與討論

——怎樣減少渦流損耗？交變電流交變電流整塊鐵心彼此絕緣的薄片

變壓器鐵芯中的渦流損耗及改善措施渦流的防止

變壓器、電動機的鐵芯不采用整塊金屬，由許多相互絕緣的電阻率很大的薄硅鋼片疊合而成，目的就是為了減弱鐵芯中由于電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的渦流的熱效應(yīng)，從而減少電能的損耗。思考與討論

一個單匝線圈落入磁場中，分析它在圖示位置時感應(yīng)電流的方向和所受安培力的方向。安培力對線圈的運動有什么影響？vIFA

（P27）磁電式電流表使用鋁框做線圈骨架有什么好處？

鋁框在磁場中轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生感應(yīng)電流，磁場對感應(yīng)電流作用力阻礙鋁框的轉(zhuǎn)動，指針隨著鋁框很快就穩(wěn)定地指在讀數(shù)位置上，達到能夠迅速讀出數(shù)據(jù)的功能。二、電磁阻尼

導(dǎo)體在磁場中運動時，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體的運動，這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼。

做一做：

取一靈敏電流計，用手晃動表殼，觀察表針相對表盤擺動的情況。

用導(dǎo)線把靈敏電流計的兩個接線柱連在一起，再次晃動表殼，觀察表針相對表盤擺動的情況與上次有什么不同，怎樣解釋這種差別？思考與討論

用手晃動微安表的表殼，發(fā)現(xiàn)指針來回振動后，會因超出刻度所標的偏轉(zhuǎn)范圍而卡住，而在車輛長途運輸微安表時，都要用導(dǎo)線把微安表兩個接線柱連在一起，這又是為什么？

微安表是一種高靈敏度，高精度電流表，表內(nèi)的指針因振動會產(chǎn)生搖擺，劇裂搖擺會使微安表造成指針打偏、降低靈敏度、或失靈等。故在運輸中，用導(dǎo)線短路兩接線柱，使內(nèi)部表頭線圈閉合產(chǎn)生磁阻，大大降低因外界的搖擺、振動對表頭的影響。實驗演示2、應(yīng)用：交流感應(yīng)電動機，家用電度表，車內(nèi)的速度計等。1、電磁驅(qū)動：磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動，在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力，安培力使導(dǎo)體跟著磁場轉(zhuǎn)動，這種現(xiàn)象稱為電磁驅(qū)動。三、電磁驅(qū)動1、下列哪些措施是為了防止渦流的危害（）A、電磁爐所用的鍋要用平厚底金屬鍋B、磁電式電表的線圈常常用鋁框做骨架，把線圈繞在鋁框上C、變壓器的鐵芯不做成整塊，而是用許多電阻率很大的硅鋼片疊合而成D、變壓器的鐵芯每片硅鋼片表面有不導(dǎo)電的氧化層CD課堂練習(xí)2、在水平放置的光滑導(dǎo)軌上，沿導(dǎo)軌固定一個條形磁鐵，如圖。現(xiàn)有鐵、鋁和有機玻璃制成的滑塊甲、乙、丙，使它們從導(dǎo)軌上的A點以某一初速度向磁鐵滑去。各物塊在碰上磁鐵前的運動情況是(

)A、都做勻速運動

B、甲做加速運動

C、乙做勻速運動

D、丙做勻速運動BD課堂練習(xí)注意：鐵磁化相吸，鋁電磁感應(yīng)產(chǎn)生渦流，故鐵加速，鋁減速

電磁阻尼，使金屬盤，磁鐵和金屬球快速停下，機械能轉(zhuǎn)化為電能以熱的形式散發(fā)到周圍的空氣中。電磁感應(yīng)的其他一些應(yīng)用vv動圈式話筒

話筒就是利用電磁感應(yīng)，把聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕难b置。磁帶錄音機

錄音：聲音使話筒中產(chǎn)生隨聲音變化原感應(yīng)電流——音頻電流，經(jīng)放大后，進入錄音磁頭的線圈中，在磁頭的縫隙產(chǎn)生隨音頻電流變化的磁場，磁帶在緊貼磁頭縫隙運動，磁帶上的磁粉層被磁化，從而錄下聲音的磁信號。延時繼電器原理：合上S時，電流恒定，A中線圈磁極上端為N極，吸住銜鐵D，使D與觸頭C接通；當S斷開時，電流減小，B線圈電磁感應(yīng)，阻礙電流減小，產(chǎn)生順時針電流，再吸住D一段時間后才使D與C斷開。電磁流量計圓管的正視圖左視圖1、流量Q：單位時間內(nèi)流過的液體的體積。2、原理：流動液體切割磁感線，在ab兩端形成電勢差為Uab=Bdv可得流量Q為Q=πd2v/4即Q=πdUab/4B

超導(dǎo)材料由于它的抗磁性，已被應(yīng)用于磁懸浮高速列車。如圖是磁懸浮的原理，圖中P是圓柱形磁鐵，Q是用高溫超導(dǎo)材料制成的超導(dǎo)圓環(huán)，將Q水平放在磁鐵P上，它就能在磁力作用下懸浮在磁鐵P的上方空中。（1）在Q放入磁場過程中，Q中有無感應(yīng)電流？（2）根據(jù)題中提供的信息，Q的N極指向如何？（3）根據(jù)（2）的結(jié)論，Q中的電流方向如何？（4）穩(wěn)定后，感應(yīng)電流消失嗎？磁懸浮的原理NPQ

如果把永磁體圓片置于超導(dǎo)體上方，靠近超導(dǎo)體時，下方的超導(dǎo)體如同一塊和上方的永磁體同極相對的磁鐵一樣，使永磁體受到向上的斥力。當斥力和重力平衡時，永磁體便懸浮在超導(dǎo)體上方某一高度不動了。磁懸浮列車

與此相似，若在車輛底部安裝超導(dǎo)磁體，在軌道兩旁埋設(shè)一系列閉合鋁環(huán)，整個列車由埋在底下的線性同步電動機來驅(qū)動。運行時，列車凌空浮起，使車與軌道間的摩擦減為零。2、到1979年，磁懸浮列車已經(jīng)創(chuàng)造517km/h的速度記錄，每小時的能耗僅為飛機的1/3。1、中國：在上海，擁有一條時速超過400km的高速列車線“橫空出世”——從浦東機場到陸家嘴長達40km的磁懸浮示范線。3、德國：擁有一條31.5km的載人磁懸浮專線。4、日本：18.4km的電動超導(dǎo)磁懸浮試驗線也已建好，時速達550km。磁懸浮列車日光燈的構(gòu)造日光燈管1、燈絲的作用：2、燈管內(nèi)充的汞蒸汽的作用：給氣體加熱，并給氣體加上高電壓在高壓下導(dǎo)電發(fā)出紫外線3、燈管內(nèi)壁涂的熒光粉的作用：受到紫外線照射可發(fā)出可見光鎮(zhèn)流器

是自感系數(shù)很大的帶鐵芯的線圈，作用：啟動時，產(chǎn)生瞬時高電壓（達上千伏），幫助點燃；正常工作時的感抗降壓限流（40W的燈管為100伏），保護燈管。啟動器

作用：自動開關(guān)，可用普通開關(guān)或短絕緣導(dǎo)線代替。正常工作時不起作用，可以去掉。受熱易膨脹防止動、靜片分離時產(chǎn)生火花，燒毀觸點若自感電壓過高，電容將擊穿，不能實現(xiàn)斷電自感日光燈的工作原理1、日光燈的點燃過程：⑴閉合開關(guān)，電壓加在啟動器兩極間，氖氣放電發(fā)出輝光，產(chǎn)生的熱量使U型動觸片膨脹伸長，跟靜觸片接觸使電路接通。燈絲和鎮(zhèn)流器中有電流通過。⑵電路接通后，啟動器中的氖氣停止放電，U型片冷卻收縮，兩個觸片分離，電路自動斷開。⑶在電路突然斷開的瞬間，由于鎮(zhèn)流器電流急