H渦流,電磁阻尼和電磁驅(qū)動

高中物理·選修3-2·人教版第四章電磁感應(yīng)4.7渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動當(dāng)前1頁，總共32頁。

根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，當(dāng)如右圖所示的磁場變化時，導(dǎo)體中的自由電子就會在此電場力的作用下定向移動從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種感應(yīng)電流是像旋渦一樣的閉合的曲線，我們把它叫渦電流。BE1.渦流當(dāng)前2頁，總共32頁。定義變壓器在工作時，除了在原、副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢外，變化的磁通量也會在鐵芯中產(chǎn)生感應(yīng)電流。

一般來說，只要空間有變化的磁通量，其中的導(dǎo)體就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，我們把這種感應(yīng)電流叫做渦流。當(dāng)前3頁，總共32頁。定義由來實驗1：如圖線圈接入220V交變電源，塊狀鐵芯插入線圈中，感知鐵芯的變化。當(dāng)前4頁，總共32頁?，F(xiàn)象：幾分鐘后感到鐵芯變熱。解釋：原來把塊狀的金屬放在變化的磁場中或讓它在磁場中運(yùn)動時，金屬塊內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流在金屬塊內(nèi)自成閉合電路，很像水的漩渦，因此叫做渦電流，簡稱渦流。當(dāng)前5頁，總共32頁。注意（1）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(qiáng)，產(chǎn)生的熱量也很多。

（2）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。由于整塊金屬的電阻通常很小，故渦流常常很大。

當(dāng)前6頁，總共32頁。應(yīng)用（1）真空冶煉爐，高頻焊接冶煉金屬的高頻感應(yīng)電爐就是利用高頻交流電，通過線圈使裝入冶煉爐內(nèi)的金屬中產(chǎn)生很強(qiáng)的渦流，從而產(chǎn)生大量的熱使金屬熔化。抽真空當(dāng)前7頁，總共32頁。焊接原理：

線圈中通以高頻交流時，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，由于焊接縫處的接觸電阻很大，放出的焦耳熱很多，致使溫度升得很高，將金屬熔化，焊接在一起.電源焊接處待焊接元件線圈導(dǎo)線當(dāng)前8頁，總共32頁。交變電流的頻率越高，它產(chǎn)生的磁場的變化就越快，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，在待焊接工件中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢就越大，感應(yīng)電流就越大.而放出的電熱與電流的平方成正比，所以交變電流的頻率越高焊接處放出的熱量越多.當(dāng)前9頁，總共32頁。生活中的物理：電磁灶的工作原理電磁灶的臺面下布滿了金屬導(dǎo)線纏繞的線圈，當(dāng)通上交替變化極快的交流電時，在臺板與鐵鍋底之間產(chǎn)生強(qiáng)大的交變的磁場，磁感線穿過鍋體，使鍋底產(chǎn)生強(qiáng)渦流，當(dāng)渦流受材料電阻的阻礙時，就放出大量的熱量，將飯菜煮熟。當(dāng)前10頁，總共32頁。（2）探雷器自制金屬探測器這種探雷器可以用來探測金屬殼的地雷或有較大金屬零件的地雷。當(dāng)前11頁，總共32頁。探測地雷的探雷器是利用渦流工作的，士兵手持一個長柄線圈在地面上掃過，線圈中有變化的電流。探雷器是利用渦流制成的探雷器當(dāng)前12頁，總共32頁。如果地下埋著金屬物品，金屬中感應(yīng)渦流，渦流的磁場反過來影響線圈中的電流，使儀器報警。探雷器當(dāng)前13頁，總共32頁。（3）安檢門門框~交流電報警電路線圈機(jī)場的安檢門可以探測人身攜帶的金屬物品，道理和探雷器是一樣的。當(dāng)前14頁，總共32頁。其它應(yīng)用新型爐灶——電磁爐。金屬探測器：飛機(jī)場、火車站安全檢查、掃雷、探礦。電磁爐當(dāng)前15頁，總共32頁。危害導(dǎo)體在產(chǎn)生渦流的過程中，渦流也會產(chǎn)生熱量這樣的話會造成很多的能源浪費(fèi)，還可能燒壞電器?。ɡ缭陔妱訖C(jī)和變壓器里面）問題：電動機(jī)和變壓器里面鐵芯的作用？當(dāng)前16頁，總共32頁。變壓器、電機(jī)的鐵芯都不是整塊金屬，而是由許多相互絕緣的電阻率很大的薄硅鋼片疊合而成的，以減少渦流和電能的損耗，同時避免破壞絕緣層。鐵芯的作用用硅鋼片做變壓器的鐵芯當(dāng)前17頁，總共32頁。防止

原因：上面的實驗中，把塊狀鐵芯換成硅鋼片鐵芯，再接通電源，幾分鐘后，通過感知，溫度沒有明顯變化。當(dāng)前18頁，總共32頁。解釋：涂有絕緣的薄硅鋼片疊加的鐵芯，在變化的磁場中，產(chǎn)生的渦流被限制在狹窄的薄片之內(nèi)，回路的電阻很大，渦流大為減弱，又因為硅鋼片比普通的電阻大，可以進(jìn)一步減小渦流損失，電動機(jī)和變壓器的鐵芯都不是整塊金屬。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(fèi)了能量,還可能損壞電器。當(dāng)前19頁，總共32頁。（1）增大鐵芯材料的電阻率,常用的材料是硅鋼。減少渦流的途徑當(dāng)前20頁，總共32頁。（2）用互相絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來代替整塊硅鋼鐵芯。當(dāng)前21頁，總共32頁。知識拓展渦流損耗導(dǎo)體在非均勻磁場中移動或處在隨時間變化的磁場中時，因渦流而導(dǎo)致能量損耗稱為渦流損耗。

渦流損耗的大小與磁場的變化方式、導(dǎo)體的運(yùn)動、導(dǎo)體的幾何形狀、導(dǎo)體的磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率等因素有關(guān)。渦流損耗的計算需根據(jù)導(dǎo)體中的電磁場的方程式，結(jié)合具體問題的上述諸因素進(jìn)行。當(dāng)前22頁，總共32頁。渦流檢測渦流檢測適用于導(dǎo)電材料探傷，常見的金屬材料可分為兩大類：非鐵磁性材料和鐵磁性材料。后者為銅、鋁、鈦及其合金和奧氏體不銹鋼；前者為鋼、鐵及其合金。它們的本質(zhì)差別是材質(zhì)磁導(dǎo)率μ約為1或遠(yuǎn)大于1

。在發(fā)電廠，除復(fù)水器等少量管道使用銅、鈦、奧氏體不銹鋼非鐵磁性材料外，大量管道都采用鋼管等鐵磁性材料，典型的應(yīng)用有省煤器、水冷壁等。當(dāng)前23頁，總共32頁。

如圖（圖一）所示，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(yùn)動有什么影響？圖一2.電磁阻尼當(dāng)前24頁，總共32頁。當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動時,感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到安培力,安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動-----電磁阻尼。當(dāng)前25頁，總共32頁。如磁場相對于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動,在導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用,安培力使導(dǎo)體運(yùn)動起來----電磁驅(qū)動。3.電磁驅(qū)動當(dāng)前26頁，總共32頁。交流感應(yīng)電動機(jī)就是利用電磁驅(qū)動的原理工作的。連接到三相電源時能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場一種交流感應(yīng)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)當(dāng)前27頁，總共32頁。

同樣大小的整塊金屬和疊合的硅鋼片鐵芯放在同一變化的磁場中相比較（）A金屬塊中的渦流較大，熱功率也較大B硅鋼片中渦流較大，熱功率也較大C金屬塊中渦流較大，硅鋼片中熱功率較大D硅鋼片中渦流較大，金屬塊中熱功率較大A當(dāng)前28頁，總共32頁。課后習(xí)題答案

1.解答：當(dāng)銅盤在磁極間運(yùn)動時，由于發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象在銅盤中產(chǎn)生感應(yīng)電流，使銅盤受到安培力作用，而安培力方向阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動，所以銅盤很快就停了下來。

2.解答：當(dāng)條形磁鐵的N極靠近線圈時，線圈中向下的磁通量增加，根據(jù)楞次定律可得，線圈中感應(yīng)電流的磁場應(yīng)該向上，再根據(jù)右手螺旋定則，判斷出線圈中的感應(yīng)電流的方向為逆時針方向（自上而下看）。感應(yīng)電流的磁場對條形磁鐵N極的作用力向上，阻礙條形磁鐵向下運(yùn)動。當(dāng)前29頁，總共32頁。當(dāng)條形磁鐵的N極遠(yuǎn)離線圈時，線圈中向下的磁通量減小，根據(jù)楞次定律可得，線圈中感應(yīng)電流的磁場應(yīng)該向下，再根據(jù)右手螺旋定則，判斷出線圈中的感應(yīng)電流的方向為順時針方向（自上而下看）。感應(yīng)電流的磁場對條形磁鐵N極的作用力向下，阻礙條形磁鐵向上運(yùn)動。因此，無論條形磁鐵怎樣運(yùn)動，都將受到線圈中感應(yīng)電流磁場的阻礙作用，所以條形磁鐵較快的停了下來，在此過程中，彈簧和磁鐵的機(jī)械能均將轉(zhuǎn)化為線圈中的電能。當(dāng)前30頁，總共32頁。3.解答：在磁性很強(qiáng)的小圓片下落的過程中，沒有缺口的鋁管中的磁通量發(fā)生變化（小圓片上方鋁管中的磁通量減小，下方鋁管中的磁通量增加）所以鋁管中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場將對下落的小圓片產(chǎn)生阻礙作用，小圓片在鋁管中緩慢下落；如果小圓片在有缺口的鋁管中下落，盡管鋁管中也會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場將對下落的小圓片也產(chǎn)生阻力作用，但這時的阻力非常小，所以小圓片在旅館中下落的比較快。當(dāng)前31頁，總共32頁。4.解答：這些微弱的感應(yīng)電流，將使衛(wèi)星