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1、第七节第七节涡流、电磁阻尼和电磁驱动涡流、电磁阻尼和电磁驱动 学习目标：学习目标：1.知道涡流是如何产生的知道涡流是如何产生的2知道涡流存在对我们的利与弊，以及知道涡流存在对我们的利与弊，以及如何利用和防止如何利用和防止3知道电磁阻尼、电磁驱动的工作原理，知道电磁阻尼、电磁驱动的工作原理，以及在生产实际和技术中的应用以及在生产实际和技术中的应用复习回顾复习回顾: “互感互感”和和“自感自感”产生的感产生的感应电动势是动生电动势应电动势是动生电动势,还是感生电动势还是感生电动势?B BE E金金属属片片第四章 电磁感应 BE 根据麦克斯韦电磁场理论，当如图所示的，当如图所示的磁场变化时，周围空间
2、就会激发磁场变化时，周围空间就会激发感应电场，放在其中的导体中的自由电子就会在此电放在其中的导体中的自由电子就会在此电场力的作用下，定向移动从而产生场力的作用下，定向移动从而产生感应电流，这种感应电流是像旋涡一样的闭合的，这种感应电流是像旋涡一样的闭合的曲线，我们把它叫曲线，我们把它叫涡电流。 如图所示，线圈接入反复变化的电流，某段时间如图所示，线圈接入反复变化的电流，某段时间内，若电流变大，则其磁场变强，根据麦克斯韦理内，若电流变大，则其磁场变强，根据麦克斯韦理论，变化的磁场激发出感生电场。论，变化的磁场激发出感生电场。导体可以看作是导体可以看作是由许多闭合线圈组成的由许多闭合线圈组成的，在
3、感生电场作用下，这些，在感生电场作用下，这些线圈中产生了感生电动势，从而产生涡旋状的感应线圈中产生了感生电动势，从而产生涡旋状的感应电流。电流。 当线圈中的电流随时间变化时当线圈中的电流随时间变化时, ,这个线圈附近这个线圈附近的的任何导体任何导体中都会产生感应电流中都会产生感应电流-涡流涡流. .一一一一、涡流、涡流 1 1、定义：、定义：、定义：、定义：块状金属块状金属块状金属块状金属在变化的磁场中，或在磁场运在变化的磁场中，或在磁场运在变化的磁场中，或在磁场运在变化的磁场中，或在磁场运动时，金属块内将产生感应电流。这种电流在动时，金属块内将产生感应电流。这种电流在动时，金属块内将产生感应
4、电流。这种电流在动时，金属块内将产生感应电流。这种电流在金金金金属块内自成闭合回路属块内自成闭合回路属块内自成闭合回路属块内自成闭合回路，很像水的旋涡，故叫涡电，很像水的旋涡，故叫涡电，很像水的旋涡，故叫涡电，很像水的旋涡，故叫涡电流，简称涡流。流，简称涡流。流，简称涡流。流，简称涡流。3.3.3.3.产生的产生的产生的产生的效果效果效果效果：若金属电阻率：若金属电阻率：若金属电阻率：若金属电阻率小，产生的涡流很大，从而产小，产生的涡流很大，从而产小，产生的涡流很大，从而产小，产生的涡流很大，从而产生的热量就很多。生的热量就很多。生的热量就很多。生的热量就很多。第四章 电磁感应 2 2、说明：
5、、说明： A A、涡流是在、涡流是在整块金属整块金属内产生的内产生的感应电流感应电流。 B B、涡流是、涡流是整块导体导体发生的发生的电磁感应现象电磁感应现象， 同样遵守同样遵守电磁感应定律。电磁感应定律。1 1、如图所示的真空冶炼炉，利用涡流的热效应、如图所示的真空冶炼炉，利用涡流的热效应、如图所示的真空冶炼炉，利用涡流的热效应、如图所示的真空冶炼炉，利用涡流的热效应来熔化金属。交流电的频率越高，金属熔炉中的来熔化金属。交流电的频率越高，金属熔炉中的来熔化金属。交流电的频率越高，金属熔炉中的来熔化金属。交流电的频率越高，金属熔炉中的感应电动势就越大，金属材料的电阻率越小，产感应电动势就越大，
6、金属材料的电阻率越小，产感应电动势就越大，金属材料的电阻率越小，产感应电动势就越大，金属材料的电阻率越小，产生的涡流热效应就越强。生的涡流热效应就越强。生的涡流热效应就越强。生的涡流热效应就越强。2、真空冶炼炉优点：、真空冶炼炉优点： 速度快，温度易控制，整速度快，温度易控制，整速度快，温度易控制，整速度快，温度易控制，整个过程在真空中进行，能避个过程在真空中进行，能避个过程在真空中进行，能避个过程在真空中进行，能避免有害杂质混入被冶炼的金免有害杂质混入被冶炼的金免有害杂质混入被冶炼的金免有害杂质混入被冶炼的金属中，适于冶炼特种合金和属中，适于冶炼特种合金和属中，适于冶炼特种合金和属中，适于冶
7、炼特种合金和特种钢。特种钢。特种钢。特种钢。. . . .真空冶炼炉，高频焊接炉，电磁炉真空冶炼炉，高频焊接炉，电磁炉真空冶炼炉，高频焊接炉，电磁炉真空冶炼炉，高频焊接炉，电磁炉第四章 电磁感应 二、涡流的应用一热效应3 3 3 3、高频焊接机原理、高频焊接机原理、高频焊接机原理、高频焊接机原理：线圈中通以高频电流，内部：线圈中通以高频电流，内部：线圈中通以高频电流，内部：线圈中通以高频电流，内部焊接工件由于电磁感应产生感应电流，频率越高，焊接工件由于电磁感应产生感应电流，频率越高，焊接工件由于电磁感应产生感应电流，频率越高，焊接工件由于电磁感应产生感应电流，频率越高，产生的感应电流越大。由于
8、焊接缝处接触电阻很产生的感应电流越大。由于焊接缝处接触电阻很产生的感应电流越大。由于焊接缝处接触电阻很产生的感应电流越大。由于焊接缝处接触电阻很大，放出的热量很多，致使温度升高将金属熔化，大，放出的热量很多，致使温度升高将金属熔化，大，放出的热量很多，致使温度升高将金属熔化，大，放出的热量很多，致使温度升高将金属熔化，焊接在一起。应用于焊接自行车车架。焊接在一起。应用于焊接自行车车架。焊接在一起。应用于焊接自行车车架。焊接在一起。应用于焊接自行车车架。涡流的利用涡流的利用涡流的利用涡流的利用第四章 电磁感应 涡流的利用涡流的利用涡流的利用涡流的利用第四章 电磁感应 4、电磁炉，炉盘下的线圈中通
9、入交流电，电磁炉，炉盘下的线圈中通入交流电，使炉盘上的金属中产生涡流，从而生热。使炉盘上的金属中产生涡流，从而生热。生活中的物理：电磁炉的工作原理生活中的物理：电磁炉的工作原理电磁灶的台面下布满了金属导线缠绕的线圈，当通上电磁灶的台面下布满了金属导线缠绕的线圈，当通上交替变化极快的交流电时，在台板与铁锅底之间产生交替变化极快的交流电时，在台板与铁锅底之间产生强大的交变的磁场，磁感线穿过锅体，使锅底产生强强大的交变的磁场，磁感线穿过锅体，使锅底产生强涡流，当涡流受材料电阻的阻碍时，就放出大量的热涡流，当涡流受材料电阻的阻碍时，就放出大量的热量，将饭菜煮熟。量，将饭菜煮熟。5、危害：发热浪费能量减
10、少涡流的方法：减少涡流的方法：1.增大回路的电阻增大回路的电阻2.相互绝缘的薄硅钢片叠合的铁芯来代替整块相互绝缘的薄硅钢片叠合的铁芯来代替整块铁芯铁芯交变电流交变电流怎样减少涡流损耗？整块铁芯彼此绝缘的薄片思考与讨论第四章 电磁感应 涡流的防止涡流的防止 变压器和电动机的铁芯不采用整块金属，而是变压器和电动机的铁芯不采用整块金属，而是变压器和电动机的铁芯不采用整块金属，而是变压器和电动机的铁芯不采用整块金属，而是由许多相互绝缘的由许多相互绝缘的由许多相互绝缘的由许多相互绝缘的电阻率很大电阻率很大电阻率很大电阻率很大的薄硅钢片叠合而成，的薄硅钢片叠合而成，的薄硅钢片叠合而成，的薄硅钢片叠合而成，
11、目的就是为了目的就是为了目的就是为了目的就是为了减弱减弱减弱减弱铁芯中由于电磁感应而产生的铁芯中由于电磁感应而产生的铁芯中由于电磁感应而产生的铁芯中由于电磁感应而产生的涡涡涡涡流的热效应流的热效应流的热效应流的热效应，从而减少电能的损耗，同时避免破坏，从而减少电能的损耗，同时避免破坏，从而减少电能的损耗，同时避免破坏，从而减少电能的损耗，同时避免破坏绝缘层，对电器起到了保护的作用。绝缘层，对电器起到了保护的作用。绝缘层，对电器起到了保护的作用。绝缘层，对电器起到了保护的作用。第四章 电磁感应 探雷器、安检门、金属探测仪三、涡流的应用一磁效应涡流的利用涡流的利用涡流的利用涡流的利用线圈 探雷器的
12、长柄线圈中，通有变化的电流，在其周围就产生变化的磁场，埋在地下的金属物品，由于电磁感应而形成涡流，涡流的磁场反过来又作用于线圈，使仪器报警。第四章 电磁感应 涡流的利用涡流的利用涡流的利用涡流的利用 机场、车站及机场、车站及重要场所的重要场所的安检门安检门及工作人员手上的及工作人员手上的探测器探测器，也是利用，也是利用与探雷器类似的电与探雷器类似的电磁感应原理使仪器磁感应原理使仪器报警，来探测进出报警，来探测进出人员身上携带的金人员身上携带的金属物品。属物品。第四章 电磁感应 门框门框 交流电交流电交流电交流电报警电路线圈线圈c.安检门安检门演示实验演示实验 如图所示，弹簧下端悬挂一根磁如图所
13、示，弹簧下端悬挂一根磁铁，将磁铁托起到某高度后释放，磁铁，将磁铁托起到某高度后释放，磁铁能振动较长时间才停下来。如果在铁能振动较长时间才停下来。如果在磁铁下端放一固定线圈，会有什么现磁铁下端放一固定线圈，会有什么现象？象？ 1、电磁阻尼：、电磁阻尼：导体在磁场中运动时，感应电流导体在磁场中运动时，感应电流使导体受到安培力而总是要阻碍导体的相对运使导体受到安培力而总是要阻碍导体的相对运动的现象。动的现象。 应用应用: :磁电式仪表、电气机车的电磁制动、阻尼摆等磁电式仪表、电气机车的电磁制动、阻尼摆等磁电式仪表、电气机车的电磁制动、阻尼摆等磁电式仪表、电气机车的电磁制动、阻尼摆等. . . .四、
14、涡流的应用-机械效应思考与讨论思考与讨论思考与讨论思考与讨论为什么磁电式电表的线圈要用铝框做骨架呢？为什么磁电式电表的线圈要用铝框做骨架呢？ 电学测量仪器要求指针的摆动很快停下来，也是电学测量仪器要求指针的摆动很快停下来，也是电学测量仪器要求指针的摆动很快停下来，也是电学测量仪器要求指针的摆动很快停下来，也是利用了铝框中产生的涡流，从而通过磁场对这个涡流利用了铝框中产生的涡流，从而通过磁场对这个涡流利用了铝框中产生的涡流，从而通过磁场对这个涡流利用了铝框中产生的涡流，从而通过磁场对这个涡流的作用力阻碍它们的摆动，使指针能很快地指到示数的作用力阻碍它们的摆动，使指针能很快地指到示数的作用力阻碍它
15、们的摆动，使指针能很快地指到示数的作用力阻碍它们的摆动，使指针能很快地指到示数的位置上。的位置上。的位置上。的位置上。第四章 电磁感应 (2)、微安表的表头在运输时为何应该、微安表的表头在运输时为何应该 把两个接线柱连在一起？把两个接线柱连在一起？思考与讨论思考与讨论 微安表是一种高灵敏微安表是一种高灵敏度，高精度电流表，度，高精度电流表，表内表内的指针因振动会产生摇摆，的指针因振动会产生摇摆，剧裂摇摆会使微安表造成剧裂摇摆会使微安表造成指针打偏、降低灵敏度、指针打偏、降低灵敏度、或失灵等。故或失灵等。故在运输中，在运输中，用导线短路两接线柱，使用导线短路两接线柱，使表头线圈闭合产生电磁阻表头
16、线圈闭合产生电磁阻尼，大大降低因外界的摇尼，大大降低因外界的摇摆、振动对表头的影响。摆、振动对表头的影响。 第四章 电磁感应 磁铁的旋转使线圈跟着转动：第四章 电磁感应 2.电磁驱动：电磁驱动：磁场相对于导体运磁场相对于导体运动时，感应电流使导体受到安培力的作动时，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来的现象用，安培力使导体运动起来的现象四、涡流的应用-机械效应 2 2、交流感应电动机就是利用电磁驱动的、交流感应电动机就是利用电磁驱动的 原理工作的。原理工作的。电磁阻尼是电磁阻尼是安培力充当阻力安培力充当阻力; ; 电磁驱动是电磁驱动是安培力充当动力安培力充当动力安培力的作用都是
17、安培力的作用都是阻碍阻碍它们间的它们间的相对运动相对运动。电磁阻尼与电磁驱动的电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系：区别和联系： 1 1、在水平放置的光滑导轨上，沿导轨固定在水平放置的光滑导轨上，沿导轨固定一个条形磁铁，如图。现有铜、铝和有机一个条形磁铁，如图。现有铜、铝和有机玻璃制成的滑块甲、乙、丙，使它们从导玻璃制成的滑块甲、乙、丙，使它们从导轨上的轨上的A点以某一初速度向磁铁滑去。各物点以某一初速度向磁铁滑去。各物块在碰上磁铁前的运动情况是块在碰上磁铁前的运动情况是( ) A、都做匀速运动、都做匀速运动 B、甲做加速运动、甲做加速运动 C、乙做匀速运动、乙做匀速运动 D、丙做匀速运动、丙做匀速
18、运动练习练习D2.下列哪些措施是为了防止涡流的危害下列哪些措施是为了防止涡流的危害（）（）A、电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅、电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅B、磁电式电表的线圈常常用铝框做骨、磁电式电表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上架，把线圈绕在铝框上C、变压器的铁芯不做成整块，而是用、变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成许多电阻率很大的硅钢片叠合而成D、变压器的铁芯每片硅钢片表面有不、变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层导电的氧化层CD 3.3.如图所示是高频焊接原理示意图线圈中通以高频变如图所示是高频焊接原理示意图线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的
19、金属工件中就产生感应电流，感应电化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝产生大量热量，将金属融化，把工件焊接在一起，流通过焊缝产生大量热量，将金属融化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是 A A电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快 B B电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快 C C工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小 D D工件上只有焊缝处温度升的很高是因
20、为焊缝处的电阻大工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻大4、如图所示，、如图所示，abcd是一闭合的小金属线框，用一是一闭合的小金属线框，用一根绝缘的细杆挂在固定点根绝缘的细杆挂在固定点O，使金属块在竖直平面内，使金属块在竖直平面内来回摆动的过程穿过水平方向的匀强磁场区域，磁来回摆动的过程穿过水平方向的匀强磁场区域，磁感线方向跟线框平面垂直，若悬点摩擦和空气阻力感线方向跟线框平面垂直，若悬点摩擦和空气阻力不计，则不计，则( )A.线框进入或离开磁场区域时，都产生感应电流，而且电流线框进入或离开磁场区域时，都产生感应电流，而且电流的方向相反的方向相反B.线框进入磁场区域后，越靠近线框进入
21、磁场区域后，越靠近OO线时速度越大，因而产线时速度越大，因而产生的感应电流也越大生的感应电流也越大C.线框开始摆动后，摆角会越来越小，摆角线框开始摆动后，摆角会越来越小，摆角小到某一值后将不再减小小到某一值后将不再减小D.线框摆动过程中，机械能完全转化为线线框摆动过程中，机械能完全转化为线框电路中的电能框电路中的电能 AC5、著名物理学家弗曼曾设计过一个实验，如图所、著名物理学家弗曼曾设计过一个实验，如图所示示.在一块绝缘板上中部安一个线圈，并接有电源，在一块绝缘板上中部安一个线圈，并接有电源，板的四周有许多带负电的小球，整个装置支撑起板的四周有许多带负电的小球，整个装置支撑起来来.忽略各处的摩擦，当电源接通的瞬间，下列关忽略各处的摩擦，当电源接通的瞬间，下列关于圆盘的说法中正确的是（于圆盘的说法中正确的是（ ）A.圆盘将逆时针转动圆盘将逆时针转动B.圆盘将顺时针转动圆盘将顺时针转动C.圆盘不会转动圆盘不会转动D.无法确定圆盘是否会动无法确定圆盘是否会动A
