渦流 電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)

1、導(dǎo) 入 新 課,上一節(jié)課我們學(xué)習(xí)了兩種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象互感和自感，現(xiàn)在我們繼續(xù)來(lái)學(xué)習(xí)另一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象渦流。,渦流在實(shí)際生活中有許多應(yīng)用，比如：發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和變壓器等。當(dāng)然渦流也有利和弊兩個(gè)方面，我們?nèi)绾稳ゼ右岳茫咳绾稳シ乐鼓兀?這節(jié)課我們就學(xué)習(xí)這方面的知識(shí),第七節(jié) 渦流 電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng),1.知識(shí)與技能 知道渦流是如何產(chǎn)生的。 知道渦流的利與弊，以及如何利用和防止渦流。,教 學(xué) 目 標(biāo),2.過(guò)程與方法用實(shí)驗(yàn)的方法引入新課激發(fā)學(xué)生的求知欲。 通過(guò)舊知識(shí)分析新問(wèn)題弄清渦流的產(chǎn)生原因。 利用理論聯(lián)系實(shí)際的方法加深理解渦流 。,3.情感態(tài)度與價(jià)值觀 體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的樂(lè)趣，引發(fā)學(xué)生去分析問(wèn)題，

2、解決問(wèn)題，提高其學(xué)習(xí)掌握知識(shí)的能力。 通過(guò)理論與實(shí)際相結(jié)合，提高學(xué)習(xí)情趣，培養(yǎng)其用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。,教學(xué)重、難點(diǎn),教學(xué)重點(diǎn) 渦流的產(chǎn)生原因和渦流的作用。 教學(xué)難點(diǎn) 渦流的產(chǎn)生原因。,1.渦流 2.電磁阻尼 3.電磁驅(qū)動(dòng),本 節(jié) 導(dǎo) 航,1.渦流,前面我們講過(guò)，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。,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

3、，我們把這種感應(yīng)電流叫做渦流。,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，讓一名學(xué)生感知鐵芯的變化。,現(xiàn)象：幾分鐘后學(xué)生感到鐵芯變熱。 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。,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。 （3）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！,應(yīng)用,（1）真

4、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。,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,，,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.,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)

5、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。,（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。,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,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,（3）安檢門,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。,其它應(yīng)用,新型爐灶電磁爐。 金屬探測(cè)器：

6、飛機(jī)場(chǎng)、火車站安全檢查、掃雷、探礦。,電磁爐,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?。ɡ缭陔妱?dòng)機(jī)和變壓器里面）,問(wèn)題：里面鐵芯的作用？,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,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)學(xué)生感知，溫度沒(méi)有明顯變化。,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?/p>

7、通的電阻大，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。,（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,（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。,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。,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

8、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。,新型技術(shù),脈 沖 渦 流 檢 測(cè),原理：脈沖渦流通常是以一定占空比的方波作為激勵(lì)信號(hào)施加于初級(jí)線圈，當(dāng)載有方波電信號(hào)的初級(jí)線圈接近導(dǎo)電材料或試件時(shí)，在導(dǎo)體中感應(yīng)產(chǎn)生瞬變的渦流和再生磁場(chǎng)。瞬時(shí)渦流的大小、衰減狀況與導(dǎo)體的電磁特性、幾何形狀及耦合狀況相關(guān)，次級(jí)線圈（或電磁傳感器）接收到的渦流再生磁場(chǎng)包含有被檢測(cè)對(duì)象導(dǎo)電率、磁

9、導(dǎo)率及形狀尺寸的相關(guān)信息，據(jù)此可實(shí)現(xiàn)脈沖渦流的檢測(cè)與評(píng)價(jià)。,原理圖：,2.電磁阻尼,分析電表線圈骨架的作用,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,磁電式儀表的線圈常常用鋁框做骨架，把線圈繞在鋁框上（圖二）。假定儀表工作時(shí)指針向右轉(zhuǎn)動(dòng)，鋁框中感應(yīng)電流沿什么方向？由于鋁框轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)其中有感應(yīng)電流，鋁框要受到安培力。安培力是沿什么方向的？安培力對(duì)鋁框的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生什么影響？使用鋁框做線圈骨架有什么好處？,圖二,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。,討論: (1

10、)為什么用鋁框做線圈骨架？,(2)微安表的表頭在運(yùn)輸時(shí)為何應(yīng)該把兩個(gè)接線柱連在一起？,連接兩個(gè)接線柱的導(dǎo)線,3.電磁驅(qū)動(dòng),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)。,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),動(dòng)畫(huà)：渦流,動(dòng)畫(huà)：電磁阻尼擺,動(dòng)畫(huà)：阻尼電子儀器,課 堂 小 結(jié),1.塊狀金屬放在變化磁場(chǎng)中，或者讓它在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬塊內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流叫渦流。 2.渦流的防止 增大鐵芯材料的電阻率,常用的材料是硅鋼。 用互相絕緣的硅鋼片疊成的鐵芯來(lái)代替整塊硅鋼鐵芯。 3

11、.渦流的利用 真空冶煉爐，高頻焊接 探雷器和安檢門都是利用渦流制成的 電磁灶,課 堂 練 習(xí),1.用來(lái)冶煉合金鋼的真空_ ，爐外有_ ，線圈中通入_電流，爐內(nèi)的金屬中產(chǎn)生_ 渦流產(chǎn)生的_使金屬熔化并達(dá)到很高的溫度。 2.利用渦流冶煉金屬的優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)過(guò)程能在_中進(jìn)行，這樣就能防止_進(jìn)入金屬，可以冶煉高質(zhì)量的_ 。,冶煉爐,線圈,周期性變化的,渦流,熱量,真空,空氣中的雜質(zhì),合金,3.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

12、熱功率較大,A,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?。感?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)。,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。,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