【2017年整理】涡流、电磁阻尼和电磁驱动.ppt

第7节　涡流、电磁阻尼和电磁驱动 1．定义 当线圈中的电流随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流．电流在导体内自成闭合回路，很像水中的旋涡，所以把它叫做涡电流，简称涡流． 2．涡流产生的条件 涡流的本质是电磁感应现象，涡流产生的条件是穿过导体的磁通量发生变化，并且导体本身可自行构成闭合回路．同时，因为整个导体回路的电阻一般很小，所以感应电流很大，就像水中的旋涡． 3．可以产生涡流的两种情况 (1)把块状金属放在变化的磁场中． (2)让块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动． 4．涡流的特点 当电流在金属块内自成闭合回路时(产生涡流时)，由于整块金属的电阻很小，故涡流往往很强，根据公式P＝I2R知，热功率的大小与电流的平方成正比，故金属块的发热功率很大． 5．能量转化 伴随着涡流现象，其他形式的能转化成电能最终在金属块中转化为内能．如果金属块放在了变化的磁场中，则磁场能转化为电能最终转化为内能；如果金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，则由于克服安培力做功，金属块的机械能转化为电能，最终转化为内能． 6．涡流的危害、防止及利用 (1)涡流的危害 在各种电机、变压器中，涡流是非常有害的．首先它会使铁芯的温度升高，从而危及线圈绝缘材料的寿命，严重时会使材料报废；其次涡流发热要消耗额外的能量，使电机、变压器的效率降低． (2)涡流的防止 为了减少涡流，变压器、电机里的铁芯不是由整块的钢铁制成的，而是用薄薄的硅钢片叠合而成的．一方面硅钢片的电阻率比一般钢铁的要大，从而减少损耗；另一方面，每层硅钢片之间都是绝缘的，阻断了涡流的通路，进一步减小了涡流的发热．计算表明：涡流的损耗与硅片的厚度的平方成正比． (3)涡流的利用 用来冶炼合金的真空冶炼炉，炉外有线圈，线圈中通入反复变化的电流，炉内的金属中产生涡流，涡流产生的热量使金属熔化并达到很高的温度．利用涡流冶炼金属的优点是整个过程能在真空中进行，这样就能防止空气中的杂质进入金属，可以冶炼高质量的合金．为了增大涡流，达到快速熔化金属的目的，在线圈中通入高频交变电流，根据电磁感应定律，电流变化快，得到的感应电动势就大，涡流就强．家用电磁炉也是利用涡流工作的． 1．定义 闭合回路的部分导体在做切割磁感线运动产生感应电流时，导体在磁场中就要受到磁场力的作用，根据楞次定律，磁场力总是阻碍导体的运动，这就是电磁阻尼． 2．应用 电磁阻尼有不少应用．例如：使用磁电式电表进行测量时，总希望指针摆到所示值的位置时便迅速地稳定下来，以便读数．由于指针转轴的摩擦力矩很小，若不采取其他措施，线圈及指针将会在所示值附近来回摆动，不易稳定下来．为此，许多电表把线圈绕在闭合的铝框上，当线圈摆动时，在闭合的铝框中将产生感应电流，从而获得电磁阻尼力矩，以使线圈迅速稳定在所示值的位置．电气列车中的电磁制动器也是根据电磁阻尼这一道理制成的． 1．定义 磁场相对于导体转动时，导体中产生感应电流，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，这种作用称为电磁驱动． 2．应用 交流感应电动机． 3．电磁驱动的形成原因 如图，当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量就发生变化，例如线圈处于如图所示的初始状态时，穿过线圈的磁通量为零，当蹄形磁铁转动时，穿过线圈的磁通量就增加了，根据楞次定律，此时线圈中就有感应电流产生，以阻碍磁通量的增加，因而线圈在安培力作用下会跟着一起转动起来． 楞次定律的一种理解是阻碍相对运动，从而阻碍磁通量的增加，磁铁转动时，相对于线圈转动，所以线圈也同方向转动，从而“阻碍”这种相对运动，电磁驱动也可以用楞次定律来解释． 4．电磁阻尼与电磁驱动的比较 (1)电磁阻尼、电磁驱动都是电磁感应现象，都遵循楞次定律； (2)电磁阻尼、电磁驱动现象中安培力的作用效果都是阻碍相对运动，应注意电磁驱动中阻碍的结果，导体的运动速度仍要小于磁场的运动速度. 　 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，将金属熔化，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(　　) A．电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高得越快 B．电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高得越快 C．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小 D．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大 【解析】　电流的频率越高，待焊工件中磁通量的变化率越大，产生的感应电动势越大，感应电流I越大，所以电流热功率P＝I2R也越大，温度升高越快，待焊工件中各处电流大小相等，但焊缝处电阻大，电流热功率大，而其他部分电阻小，电流热功率小． 【答案】　AD 【方法总结】 (1)分析涡流现象一般运用法拉第电磁感应定