高中物理选修3-2:涡流、电磁阻尼和电磁驱动课件.ppt

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时间:2020-08-03

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1、思考与讨论电动机和变压器的工作原理都跟电磁感应现象有关,内部都有铁芯结构,为什么电动机和变压器等的铁芯都不是整块金属,而是用许多相互绝缘的薄硅钢片叠合而成?一、涡流(eddycurrent)1、定义:块状金属在变化的磁场中或在磁场中运动时,金属块内可看成许多闭合回路,当穿过这些闭合回路的磁通量发生变化时就会产生感应电流,叫涡电流,简称涡流。2、如图所示,绝缘导线绕在金属块上,当通以交变电流时,磁通量不断变化,将产生涡流,由于金属块电阻小产生涡流很强,使铁芯发热浪费电能。3、如图所示,薄硅钢片使涡流被限制在狭

2、窄的薄片之内,使电阻增大,减弱涡流,减小损失。且硅钢片比普通钢片电阻率大,其涡流损失只有普通钢的1/5~1/4。二、涡流的利用1、如图所示的高频感应炉,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。2、高频感应炉优点:速度快,温度易控制,整个过程在真空中进行,能避免有害杂质混入被冶炼的金属中,适于冶炼特种合金和特种钢。高频焊接机原理: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,产生的感应电流越大。由于焊接缝处

3、接触电阻很大,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。二、涡流的利用二、涡流的利用生活中的电磁炉,电磁炉是利用电磁感应原理制成的,如图1所示,在励磁线圈中通以交流电,产生交变磁场。由于电磁感应效应,在铁或不锈钢制成的金属锅中会产生涡电流,电流的焦耳热就可以对食物进行加热和烹饪。这种最新的加热方式,能减少热量传递的中间环节,可大大提升制热效率,比传统炉具(电炉、气炉)节省能源一半以上。二、涡流的利用线圈探雷器的长柄线圈中,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

4、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。二、涡流的利用机场、车站及重要场所的安检门及工作人员手上的探测器,也是利用与探雷器类似的电磁感应原理使仪器报警,来探测进出人员身上携带的金属物品。三、涡流的防止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电阻率很大的薄硅钢片叠合而成,目的就是为了减弱铁芯中由于电磁感应而产生的涡流的热效应,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。思考与讨论为什么磁电式电表的线圈要用铝框做骨架呢?绕有线圈的铝框电学测量

5、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。2、应用:磁电式电表中安装的使指针很快地停下的铝框;电气机车内部可使机车快速停下的电磁制动器等四、电磁阻尼(eletromagneticdamping)1、电磁阻尼现象:当导体在磁场中运动时,感应电流会使导体受到安培力,安培力的方向总是阻碍导体的运动,这种现象称为电磁阻尼。思考与讨论用手晃动微安表的表壳,发现指针来回振动后,会因超出刻度所标的偏转范围而卡住,而在车辆长途运输

6、微安表时,都要用导线把微安表两个接线柱连在一起,这又是为什么?微安表是一种高灵敏度,高精度电流表,表内的指针因振动会产生摇摆,剧裂摇摆会使微安表造成指针打偏、降低灵敏度、或失灵等。故在运输中,用导线短路两接线柱,使内部表头线圈闭合产生磁阻,大大降低因外界的摇摆、振动对表头的影响。五、电磁驱动2、应用:交流感应电动机,家用电度表,车内的速度计等。3、注意:在电磁驱动下,金属圆盘的转速总是比磁铁或磁场的转速小。1、电磁驱动:磁场相对于导体转动,在导体中产生感应电流,感应电流使导体受到安培力,安培力使导体跟着磁场

7、转动,这种现象称为电磁驱动。电磁阻尼,使金属盘,磁铁和金属球快速停下,机械能转化为电能以热的形式散发到周围的空气中。电磁感应的其他一些应用vv电磁阻尼与电磁驱动比较动圈式话筒话筒就是利用电磁感应,把声音信号转变为电信号的装置。磁带录音机录音:声音使话筒中产生随声音变化原感应电流——音频电流,经放大后,进入录音磁头的线圈中,在磁头的缝隙产生随音频电流变化的磁场,磁带在紧贴磁头缝隙运动,磁带上的磁粉层被磁化,从而录下声音的磁信号。1、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B、

8、磁电式电表的线圈常常用铝框做骨架,把线圈绕在铝框上C、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D、变压器的铁芯每片硅钢片表面有不导电的氧化层CD课堂练习2、在水平放置的光滑导轨上,沿导轨固定一个条形磁铁,如图。现有铁、铝和有机玻璃制成的滑块甲、乙、丙,使它们从导轨上的A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()A、都做匀速运动B、甲做加速运动C、乙做匀速运动D、丙做匀速运动B

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