H渦流,電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)

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(dòng)現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有32頁(yè)\編輯于星期一

根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，當(dāng)如右圖所示的磁場(chǎng)變化時(shí)，導(dǎo)體中的自由電子就會(huì)在此電場(chǎng)力的作用下定向移動(dòng)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.渦流現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有32頁(yè)\編輯于星期一定義變壓器在工作時(shí)，除了在原、副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)外，變化的磁通量也會(huì)在鐵芯中產(chǎn)生感應(yīng)電流。

一般來(lái)說(shuō)，只要空間有變化的磁通量，其中的導(dǎo)體就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，我們把這種感應(yīng)電流叫做渦流?，F(xiàn)在是3頁(yè)\一共有32頁(yè)\編輯于星期一定義由來(lái)實(shí)驗(yàn)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?，F(xiàn)在是4頁(yè)\一共有32頁(yè)\編輯于星期一現(xiàn)象：幾分鐘后感到鐵芯變熱。解釋：原來(lái)把塊狀的金屬放在變化的磁場(chǎng)中或讓它在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(jiǎn)稱渦流?，F(xiàn)在是5頁(yè)\一共有32頁(yè)\編輯于星期一注意（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。

現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有32頁(yè)\編輯于星期一應(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(guò)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。抽真空現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有32頁(yè)\編輯于星期一焊接原理：

線圈中通以高頻交流時(shí)，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)線現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有32頁(yè)\編輯于星期一交變電流的頻率越高，它產(chǎn)生的磁場(chǎng)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(dòng)勢(shì)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.現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有32頁(yè)\編輯于星期一生活中的物理：電磁灶的工作原理電磁灶的臺(tái)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(shí)，在臺(tái)板與鐵鍋底之間產(chǎn)生強(qiáng)大的交變的磁場(chǎng)，磁感線穿過(guò)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(shí)，就放出大量的熱量，將飯菜煮熟?，F(xiàn)在是10頁(yè)\一共有32頁(yè)\編輯于星期一（2）探雷器自制金屬探測(cè)器這種探雷器可以用來(lái)探測(cè)金屬殼的地雷或有較大金屬零件的地雷?，F(xiàn)在是11頁(yè)\一共有32頁(yè)\編輯于星期一探測(cè)地雷的探雷器是利用渦流工作的，士兵手持一個(gè)長(zhǎng)柄線圈在地面上掃過(guò)，線圈中有變化的電流。探雷器是利用渦流制成的探雷器現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有32頁(yè)\編輯于星期一如果地下埋著金屬物品，金屬中感應(yīng)渦流，渦流的磁場(chǎng)反過(guò)來(lái)影響線圈中的電流，使儀器報(bào)警。探雷器現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有32頁(yè)\編輯于星期一（3）安檢門門框~交流電報(bào)警電路線圈機(jī)場(chǎng)的安檢門可以探測(cè)人身攜帶的金屬物品，道理和探雷器是一樣的?，F(xiàn)在是14頁(yè)\一共有32頁(yè)\編輯于星期一其它應(yīng)用新型爐灶——電磁爐。金屬探測(cè)器：飛機(jī)場(chǎng)、火車站安全檢查、掃雷、探礦。電磁爐現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有32頁(yè)\編輯于星期一危害導(dǎo)體在產(chǎn)生渦流的過(guò)程中，渦流也會(huì)產(chǎn)生熱量這樣的話會(huì)造成很多的能源浪費(fèi)，還可能燒壞電器！（例如在電動(dòng)機(jī)和變壓器里面）問(wèn)題：電動(dòng)機(jī)和變壓器里面鐵芯的作用？現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有32頁(yè)\編輯于星期一變壓器、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(shí)避免破壞絕緣層。鐵芯的作用用硅鋼片做變壓器的鐵芯現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有32頁(yè)\編輯于星期一防止

原因：上面的實(shí)驗(yàn)中，把塊狀鐵芯換成硅鋼片鐵芯，再接通電源，幾分鐘后，通過(guò)感知，溫度沒(méi)有明顯變化。現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有32頁(yè)\編輯于星期一解釋：涂有絕緣的薄硅鋼片疊加的鐵芯，在變化的磁場(chǎng)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?yàn)楣桎撈绕胀ǖ碾娮璐?，可以進(jìn)一步減小渦流損失，電動(dòng)機(jī)和變壓器的鐵芯都不是整塊金屬。線圈中流過(guò)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。現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有32頁(yè)\編輯于星期一（1）增大鐵芯材料的電阻率,常用的材料是硅鋼。減少渦流的途徑現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有32頁(yè)\編輯于星期一（2）用互相絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來(lái)代替整塊硅鋼鐵芯。現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有32頁(yè)\編輯于星期一知識(shí)拓展渦流損耗導(dǎo)體在非均勻磁場(chǎng)中移動(dòng)或處在隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)中時(shí)，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(chǎng)的變化方式、導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)、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(jì)算需根據(jù)導(dǎo)體中的電磁場(chǎng)的方程式，結(jié)合具體問(wèn)題的上述諸因素進(jìn)行。現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有32頁(yè)\編輯于星期一渦流檢測(cè)渦流檢測(cè)適用于導(dǎo)電材料探傷，常見(jiàn)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。現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有32頁(yè)\編輯于星期一

如圖（圖一）所示，一個(gè)單匝線圈落入磁場(chǎng)中，分析它在圖示位置時(shí)感應(yīng)電流的方向和所受安培力的方向，安培力對(duì)線圈的運(yùn)動(dòng)有什么影響？圖一2.電磁阻尼現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有32頁(yè)\編輯于星期一當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),感應(yīng)電流會(huì)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(dòng)-----電磁阻尼?，F(xiàn)在是25頁(yè)\一共有32頁(yè)\編輯于星期一如磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng),在導(dǎo)體中會(huì)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(dòng)起來(lái)----電磁驅(qū)動(dòng)。3.電磁驅(qū)動(dòng)現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有32頁(yè)\編輯于星期一交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)就是利用電磁驅(qū)動(dòng)的原理工作的。連接到三相電源時(shí)能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)一種交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有32頁(yè)\編輯于星期一

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(chǎng)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現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有32頁(yè)\編輯于星期一課后習(xí)題答案

1.解答：當(dāng)銅盤在磁極間運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(dòng)，所以銅盤很快就停了下來(lái)。

2.解答：當(dāng)條形磁鐵的N極靠近線圈時(shí)，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(chǎng)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?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较颍ㄗ陨隙驴矗８袘?yīng)電流的磁場(chǎng)對(duì)條形磁鐵N極的作用力向上，阻礙條形磁鐵向下運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有32頁(yè)\編輯于星期一當(dāng)條形磁鐵的N極遠(yuǎn)離線圈時(shí)，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(chǎng)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?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较颍ㄗ陨隙驴矗?。感?yīng)電流的磁場(chǎng)對(duì)條形磁鐵N極的作用力向下，阻礙條形磁鐵向上運(yùn)動(dòng)。因此，無(wú)論條形磁鐵怎樣運(yùn)動(dòng)，都將受到線圈中感應(yīng)電流磁場(chǎng)的阻礙作用，所以條形磁鐵較快的停了下來(lái)，在此過(guò)程中，彈簧和磁鐵的機(jī)械能均將轉(zhuǎn)化為線圈中的電能?，F(xiàn)在是30頁(yè)\一共有32頁(yè)\編輯于星期一3.解答：在磁性很強(qiáng)的小圓片下落的過(guò)程中，沒(méi)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(chǎng)將對(duì)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(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)將對(duì)下落的小圓片也產(chǎn)生阻力作用，但這時(shí)的阻力非常小，所以小圓片在旅館中下落的比較快?，F(xiàn)在是31頁(yè)\一共有32頁(yè)\編輯于星期一4.解答：這些微弱的感應(yīng)電流