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1、,4.7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动,1,骄阳书屋,涡旋电场,2,骄阳书屋,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？,3,骄阳书屋,一、涡流(eddy current),1、定义：块状金属在变化的磁场中或在磁场中运动时,金属块内产生的自成闭合回路的感应电流，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窄的薄片之内，使电阻增大，减弱涡
2、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1/51/4。,4,骄阳书屋,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。,5,骄阳书屋,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
3、架。,二、涡流的利用,6,骄阳书屋,二、涡流的利用,生活中的电磁炉，也是利用电磁感应中的涡流的热效应来烧菜做饭的。,7,骄阳书屋,8,骄阳书屋,9,骄阳书屋,10,骄阳书屋,二、涡流的利用,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。,11,骄阳书屋,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。,12,骄阳书屋,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
4、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。,13,骄阳书屋,思考与讨论,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。,14,骄阳书屋,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(eletromagnetic damping),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
5、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。,15,骄阳书屋,16,骄阳书屋,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。,17,骄阳书屋,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。,1、电磁驱动：磁场相对于导体转动，
6、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转动，这种现象称为电磁驱动。,18,骄阳书屋,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、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,19,骄阳书屋,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、
7、甲做加速运动 C、乙做匀速运动 D、丙做匀速运动,BD,课堂练习,注意：铁磁化相吸，铝电磁感应产生涡流，故铁加速，铝减速,20,骄阳书屋,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,21,骄阳书屋,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。,22,骄阳书屋,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。,23,骄阳书屋,延时继电器,原理：合上S时，电
8、流恒定，A中线圈磁极上端为N极，吸住衔铁D，使D与触头C接通；当S断开时，电流减小，B线圈电磁感应，阻碍电流减小，产生顺时针电流，再吸住D一段时间后才使D与C断开。,24,骄阳书屋,电磁流量计,圆管的正视图,左视图,1、流量Q：单位时间内流过的液体的体积。,2、原理：流动液体切割磁感线，在ab两端形成电势差为,Uab=Bdv,可得流量Q为,Q=d2v/4,即Q=dUab/4B,25,骄阳书屋,超导材料由于它的抗磁性，已被应用于磁悬浮高速列车。如图是磁悬浮的原理，图中P是圆柱形磁铁，Q是用高温超导材料制成的超导圆环，将Q水平放在磁铁P上，它就能在磁力作用下悬浮在磁铁P的上方空中。,（1）在Q放入
9、磁场过程中，Q中有无感应电流？,（2）根据题中提供的信息，Q的N极指向如何？,（3）根据（2）的结论，Q中的电流方向如何？,（4）稳定后，感应电流消失吗？,磁悬浮的原理,26,骄阳书屋,如果把永磁体圆片置于超导体上方，靠近超导体时，下方的超导体如同一块和上方的永磁体同极相对的磁铁一样，使永磁体受到向上的斥力。当斥力和重力平衡时，永磁体便悬浮在超导体上方某一高度不动了。,磁悬浮列车,与此相似，若在车辆底部安装超导磁体，在轨道两旁埋设一系列闭合铝环，整个列车由埋在底下的线性同步电动机来驱动。运行时，列车凌空浮起，使车与轨道间的摩擦减为零。,27,骄阳书屋,2、到1979年，磁悬浮列车已经创造517
10、km/h的速度记录，每小时的能耗仅为飞机的1/3。,1、中国：在上海，拥有一条时速超过400km的高速列车线“横空出世”从浦东机场到陆家嘴长达40km的磁悬浮示范线。,3、德国：拥有一条31.5km的载人磁悬浮专线。,4、日本：18.4km的电动超导磁悬浮试验线也已建好，时速达550km。,磁悬浮列车,28,骄阳书屋,日光灯的构造,29,骄阳书屋,日光灯管,1、灯丝的作用：,2、灯管内充的汞蒸汽的作用：,给气体加热，并给气体加上高电压,在高压下导电发出紫外线,3、灯管内壁涂的荧光粉的作用：,受到紫外线照射可发出可见光,30,骄阳书屋,镇流器,是自感系数很大的带铁芯的线圈，作用：启动时，产生瞬时
11、高电压（达上千伏），帮助点燃；正常工作时的感抗降压限流（40W的灯管为100伏），保护灯管。,31,骄阳书屋,启动器,作用：自动开关，可用普通开关或短绝缘导线代替。正常工作时不起作用，可以去掉。,受热易膨胀,防止动、静片分离时产生火花，烧毁触点,若自感电压过高，电容将击穿，不能实现断电自感,32,骄阳书屋,日光灯的工作原理,1、日光灯的点燃过程：, 闭合开关，电压加在启动器两极间，氖气放电发出辉光，产生的热量使U型动触片膨胀伸长，跟静触片接触使电路接通。灯丝和镇流器中有电流通过。, 电路接通后，启动器中的氖气停止放电，U型片冷却收缩，两个触片分离，电路自动断开。, 在电路突然断开的瞬间，由于镇流器电流急剧减小，会产生很高的自感电动势，方向与电源电动势方向相同，这个自感电动势与电源电压 加在一起，形成一个瞬时高压， 加在灯管中的气体开始放电， 于是日光灯成为电流的通路开 始发光。,33,骄阳书屋,2、日光灯正常发光：,日光灯开始发光后，由于交变电流通过镇流器线圈，线圈中会产生自感电动势，它总是阻碍电流变化的，这时的镇流器起着降压限流的作用，保证日光灯正常发光。,日光灯的工作原理,34,骄阳书屋,