2.3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动 课件（27张PPT）

(共27张PPT)
3 涡流、电磁阻尼和电磁驱动
第二章 电磁感应
学习目标
1. 知道涡流是如何产生的。
2. 知道涡流的利与弊，以及如何利用和防止涡流。
3. 了解电磁阻尼和电磁驱动。
一 、电磁感应现象中的感生电场
1.感生电场
定义：麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发一种电场。这种电场与静电场不同，它不是由电荷产生的，我们把它叫作感生电场。
感生电场特点
① 变化的磁场周围产生电场，与闭合电路是否存在无关。
② 感生电场是电场的一种形式，是客观存在的一种物质。
③ 感生电场是涡旋场，电场线闭合，静电场电场线不闭合。
④ 感生电场可以对带电粒子做功，使其加速或偏转。
2.感生电场方向判断
感应电流的方向与正电荷移动的方向相同，感生电场的方向与正电荷受力的方向相同，因此，感生电场的方向与感应电流的方向相同，感生电场的方向可以用楞次定律和安培定则判定。
如果此刻空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在感生电场的作用下做定向运动，产生感应电流，也就是说导体中产生了感应电动势。
3. 感生电动势
功能：
现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备。
4. 电子感应加速器
(2) 结构：
如图甲所示，上、下为电磁体的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动。电磁体线圈中电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使电子加速。
(3)原理：
从图甲中可以看到，磁场方向由下向上，如果从上向下看（图乙），电子沿逆时针方向运动。电子带负电，它在电场中受力的方向与电场方向相反。所以为使电子加速，产生的电场应沿顺时针方向。根据楞次定律，为使真空室中产生顺时针方向的感生电场，磁场应该由弱变强。也就是说，为使电子加速，电磁体线圈中的电流应该由小变大。
如果环不断增粗直到变成一圆盘又会发生什么现象？变成方盘呢？
如果导体用整块铁代替，如图所示，电流变化时，铁块中有感应电流吗？如果有，它的形状如何？
想一想
前面我们讲过，根据麦克斯韦电磁场理论，当磁场变化时，导体中的自由电子就会在感生电场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曲线，我们把它叫涡电流，简称涡流。
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二、涡流
一般来说，只要空间有变化的磁通量，其中的导体就会产生感应电流，我们把这种感应电流叫做涡流。
涡流是在整块金属内产生的感应电流。
涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵守电磁感应定律。
金属块中的涡流也要产生热量，如果金属的电阻率小，则涡流很强，产生的热量也很多。
1. 涡流应用
（1）冶炼合金钢
冶炼金属的高频感应电炉就是利用高频交流电，通过线圈使装入冶炼炉内的金属中产生很强的涡流，从而产生大量的热使金属熔化。
抽真空
优点：真空冶炼，防止空气中杂质进入，可以冶炼高质量的合金。
（2）电磁炉
电磁炉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，就放出大量的热量，将饭菜煮熟。
（3）探雷器、金属探测器、安检门
这种探雷器可以用来探测金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷。
探测地雷的探雷器是利用涡流工作的，士兵手持一个长柄线圈在地面上扫过，线圈中有变化的电流。
如果地下埋着金属物品，金属中感应涡流，涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警。
涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警。
2. 涡流的危害
3. 减小涡流的途径
增大铁芯电阻率：硅钢
相互绝缘的硅钢片叠成铁芯代替整块硅钢
电动机、变压器的线圈都缠绕在铁芯上。线圈中通过变化的电流，铁芯中会产生涡流，使铁芯发热，浪费了能量，还可能损害电器。
钢管实验
分析图中线圈中感应电流的方向和所受安培力的方向，并研究安培力对线圈的运动有何影响
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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。
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——电磁阻尼。
应用：磁电式仪表、电气机车的电磁制动、阻尼摆等。
三、电磁阻尼
磁式电流表为什么用铝框做线圈骨架？
1. 假定仪表工作时指针向右转动，铝框中感应电流沿什么方向？
2. 铝框由于转动产生感应电流，铝框会受安培力，安培力是沿什么方向的？
3. 安培力对铝框的转动产生什么影响？
4. 使用铝框做线圈骨架有什么好处？
想一想
微安表的表头在运输时为何把两个接线柱连在一起？
内部有磁体，有线圈。
把接线柱连在一起，线圈在摆动的时候就产生感应电流，这个感应电流可以阻碍线圈的摆动，使指针迅速停止摆动，保护游丝，指针。
四、电磁阻尼
如图所示，一个铝框放在蹄形磁体的两个磁极间，可以绕支点自由转动。转动磁体，观察铝框的运动。怎样解释铝框的运动？
应用：交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的。配置的三个线圈连接到三相电源上，就能产生类似上面演示实验中的旋转磁场，磁场中的导线框也就随着转动。就这样，电动机把电能转化成机械能。
一种交流感应电动机的结构
连接到三相电源时能产生旋转的磁场
定义：如磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，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——电磁驱动。
电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系
比较项目 电磁阻尼 电磁驱动
不 同 点 成因 由于导体在磁场中运动而产生感应电流，从而使导体受到安培力 由于磁场运动引起磁通量的变化而产生感应电流，从而使导体受到安培力
效果 安培力的方向与导体运动方向相反，阻碍导体运动 导体受安培力的方向与导体运动方向相同，推动导体运动
能量 转化 导体克服安培力做功，其他形式能转化为电能，最终转化为内能 由于电磁感应，磁场能转化为电能，通过安培力做功，电能转化为导体的机械能
相同点 两者都是电磁感应现象，都遵循楞次定律，都是安培力阻碍引起感应电流的导体与磁场间的相对运动 1.关于涡流，下列说法中正确是(　　)
A.涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的
B .涡流不是感应电流，而是一种区别于感应电流的特殊电流
C .涡流有热效应，但没有磁效应
D .在硅钢中不能产生涡流
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2. 如图所示是一种焊接方法的原理示意图．将圆形待焊接金属工件放在线圈中，然后在线圈中通以某种电流，待焊接工件中会产生感应电流，感应电流在焊缝处产生大量的热量将焊缝两边的金属熔化，待焊接工件就焊接在一起了。我国生产的自行车车轮圈就是用这种办法焊接的。下列说法中正确的是(　　)
A．这种焊接方法的原理是电流的磁效应
B．线圈中通入的交流电频率越高，焊缝处温度升高得越快
C．线圈中的电流是很强的恒定电流
D．待焊接工件中的感应电流方向与线圈中的电流方向总是相反
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3. (多选)健身车上装有金属电磁阻尼飞轮，飞轮附近固定一电磁铁，示意图如图所示，人在健身时带动飞轮转动．则(　　)
A．飞轮转速越大，阻尼越大
B．电磁铁所接电压越大，阻尼越大
C．飞轮材料电阻率越大，阻尼越大
D．飞轮材料密度越大，阻尼越大
A B
4. 如图所示，磁电式仪表的线圈通常是用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是（ ）
A．防止涡流而设计的
B．利用涡流而设计的
C．起电磁阻尼的作用
D．起电磁驱动的作用
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