电磁感应原理的实际应用

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1、电磁感应原理的实际应用 　　一、电磁流量计 　　电磁流量计（EletroMagneticFlowmeters，简称EMF）是20世纪50～60年代随着电子技术的发展而迅速发展起来的用来测量导电液体体积流量的新型流量测量仪表（见图1）。由于其独特的优点，目前已广泛地被应用于工业过程中各种导电液体的流量测量，如各种酸、碱、盐等腐蚀性介质；各种浆液流量测量，形成了独特的应用领域。它仅仅限于用来测量导电的且非磁性的液体。 　　其基本工作原理是电磁感应定律。当液体在磁场中运动时，根据法拉第定律产生感应电动势。如果磁场垂直于流动液体的电绝缘管道，而液体的电导率又不太

2、低，则装在管壁上的两个电极之间可测量到一个电压，这电压同磁通量密度、液体的平均流速以及两个电极之间的距离成正比。这样，就可以测得液体的流速，进而测得液体的流量（在单位时间内通过管内横截面的流体的体积）。 　　若设液体的体积流量为，B──磁感应强度；D──测量管内径；──平均轴向流速。 　　则…………………(1) 　　……………………………(2) 　　∴ 　　题1(2001年理科综合)电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（如污水）在管中的流量（在单位时间内通过管内横截面的流体的体积）。为了简化，假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、

3、宽、高分别为图中的a、b、c，流量计的两端与输送液体的管道相连接（图中虚线）。图中流量计的上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料，现于流量计所在处加磁感强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面。当导电液体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接，I表示测得的电流值。已知流体的电阻率为ρ，不计电流表的内阻，则可求得流量为（　　） 　　A． 　　B． 　　C．　　D． 　　解析：在时间t内，流过管中的流体体积为：………(1) 　　流过管道的流体切割磁感线在上下两表面产生的电动势………(2) 　　又根据闭合电路欧姆

4、定律有…………（3） 　　则由（1）（2）（3）可得流体的流量A项正确。 　　二、电子感应加速器 　　电子感应加速器是加速电子的装置。如图3-甲所示，图3-乙为其原理图，划斜线区域为电磁铁的两极，在其间隙中安放一个环形真空室。电磁铁用频率约每秒数十周的强大交变电流来励磁，使两极间的磁感应强度B 往返变化，从而在环形室内感应出很强的涡旋电场。用电子枪将电子注入环形室，它们在涡旋电场的作用下被加速，同时在磁场里受到洛伦兹力的作用，沿圆形轨道运动。 　　电子感应加速器主要用于核物理研究，用被加速的电子束（人工β射线）轰击各种靶时，将发出穿透力很强的电磁辐射（人

5、工γ射线）。近来还采用不大的电子感应加速器来产生硬X 射线，供工业探伤或医学治疗之用。 　　题2　电子感应加速器就是利用变化磁场产生的感应电场来加速电子的设备。柱形电磁铁在两极间产生向下的磁场，磁场中有一个环形真空管道，磁场变化在真空管道中产生感应电场，电子受感应电场力而加速运动。用图4可粗略模拟其加速过程：环形区域存在垂直纸面向外、大小可调节的均匀磁场。质量为m、电量为+q的粒子在环中作半径为R的圆周运动。A、B为两块中心开有小孔的极板，原来电势都为零，每当粒子离开B板时，A极电势又降为零。粒子在电场一次次加速下动能不断增大而绕行半径不变，磁场也周期地

6、增大。求使粒子绕行第n圈的Bn=？ 　　解析：粒子绕行第n周时加速动能为：……（１） 　　粒子速度 　　粒子绕半径为Ｒ的圆周运动所需的磁场为Ｂn，则……(2) 　　故 　　三、电磁炉 　　电磁炉是一种新型的灶具，其原理是应用了物理学里的“涡流效应”，也就是交变磁场产生电场，处于电场中的导体就会产生电流，把电能转化为热能。现在电磁炉逐渐走入家庭，成为一种安全可靠、效率很高的新型灶具。在电磁灶内部，由整流电路将50Hz的交流电压变成直流电压，再经过控制电路将直流电压转换成频率为20-40KHz的高频电压，高速变化的电流流过线圈会产生高速变化的磁场，当磁场内的

7、磁力线通过金属器皿(导磁又导电材料)底部金属体内产生无数的小涡流，使器皿本身自行高速发热，然后再加热器皿内的东西。电磁炉工作时产生的电磁波，完全被线圈底部的屏蔽层和顶板上的含铁质锅所吸收， 不会泄漏，对人体健康绝对无危害。铁系（珐琅、铸铁、不锈钢）锅．  　　题3　电磁炉专用平底锅的锅底和锅壁均由耐高温绝缘材料制成。如图6所示，起加热作用的是安在锅底的一系列半径不同的同心导电环。导电环所用材料单位长度的电阻为R0=0．125πΩ?m-1，从中心向外第n个同心圆环的半径为rn=(2n-1)r1（n=1，2，3，…7），已知r1=1．0cm．当电磁炉开启后，

8、能产生垂直于锅底方向的变化磁场，若已知该磁场的磁感应强度B的变化率为，求：