47涡流电磁阻尼和电磁驱动解析.pptx

复习回顾复习回顾:“互感互感”和和“自感自感”产生的产生的感应电动势是动生电动势感应电动势是动生电动势,还是感生电还是感生电动势动势?BE金金属属片片 根据麦克斯韦电磁场理论，当如右图根据麦克斯韦电磁场理论，当如右图所示的磁场变化所示的磁场变化(可能是由于产生磁场的可能是由于产生磁场的电流变化电流变化)时，在磁场周围会产生感生电时，在磁场周围会产生感生电场，导体中的自由电子就会在此电场力的场，导体中的自由电子就会在此电场力的作用下定向移动从而产生感应电流，这种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，我感应电流是像旋涡一样的闭合的曲线，我们把它叫们把它叫涡电流涡电流简称。简称涡流涡流BEB变化导体环中发生的现象变化导体环中发生的现象?如果环不断增粗直到变成一如果环不断增粗直到变成一圆盘又会发生什么现象圆盘又会发生什么现象?一、涡流一、涡流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，很像水的漩涡，把它叫做会产生感应电流，电流在导体内自成闭合回路，很像水的漩涡，把它叫做涡电流，简称涡流涡电流，简称涡流2产生：把金属块放在变化的磁场中，或让它在磁场中运动时，金产生：把金属块放在变化的磁场中，或让它在磁场中运动时，金属块内都会产生涡流属块内都会产生涡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3特点：电流在金属块内自成闭合回路，特点：电流在金属块内自成闭合回路，整块金属的电阻很小，涡流往往很强整块金属的电阻很小，涡流往往很强二、涡流的二、涡流的效应效应：1 1、热效应热效应热效应热效应 ：(1)(1)真空冶炼炉真空冶炼炉真空冶炼炉真空冶炼炉 (2)(2)电磁炉电磁炉电磁炉电磁炉 炉盘下的线圈中通入交流炉盘下的线圈中通入交流炉盘下的线圈中通入交流炉盘下的线圈中通入交流电，使炉盘上的金属中电，使炉盘上的金属中电，使炉盘上的金属中电，使炉盘上的金属中产生涡流，从而生热。产生涡流，从而生热。产生涡流，从而生热。产生涡流，从而生热。(3)(3)高频焊接高频焊接电源电源焊焊焊焊接接接接处处处处线圈导线线圈导线线圈导线线圈导线待焊接元件待焊接元件待焊接元件待焊接元件热效应的危害：热效应的危害：发热浪费能量。发热浪费能量。变压器、电机的铁芯都不是整块金属，而是由许多变压器、电机的铁芯都不是整块金属，而是由许多变压器、电机的铁芯都不是整块金属，而是由许多变压器、电机的铁芯都不是整块金属，而是由许多相互绝缘的相互绝缘的相互绝缘的相互绝缘的电阻率很大电阻率很大电阻率很大电阻率很大的薄硅钢片叠合而成的，以的薄硅钢片叠合而成的，以的薄硅钢片叠合而成的，以的薄硅钢片叠合而成的，以减少涡流和电能的损耗，同时避免破坏绝缘层。减少涡流和电能的损耗，同时避免破坏绝缘层。减少涡流和电能的损耗，同时避免破坏绝缘层。减少涡流和电能的损耗，同时避免破坏绝缘层。减少涡流的方法：减少涡流的方法：减少涡流的方法：减少涡流的方法：增大回路的电阻。增大回路的电阻。增大回路的电阻。增大回路的电阻。二、涡流的二、涡流的效应效应：2 2、磁效应磁效应磁效应磁效应 ：金属探测器（探雷器、机场安检门等）金属探测器（探雷器、机场安检门等）金属探测器（探雷器、机场安检门等）金属探测器（探雷器、机场安检门等）（1 1）、电磁阻尼：）、电磁阻尼：）、电磁阻尼：）、电磁阻尼：导体在磁场中运动时，感应电流使导体在磁场中运动时感应电流使导体在磁场中运动时，感应电流使导体在磁场中运动时，感应电流使导体受到安培力而总是要阻碍导体的相对运动的现象。导体受到安培力而总是要阻碍导体的相对运动的现象。导体受到安培力而总是要阻碍导体的相对运动的现象。导体受到安培力而总是要阻碍导体的相对运动的现象。应用应用应用应用:磁电式仪表、电气机车的电磁制动、阻尼摆等磁电式仪表、电气机车的电磁制动、阻尼摆等磁电式仪表、电气机车的电磁制动、阻尼摆等磁电式仪表、电气机车的电磁制动、阻尼摆等.3 3、机械效应机械效应机械效应机械效应 ：例题：磁电式仪表的线圈通常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是()A防止涡流B利用涡流C起电磁阻尼的作用 D起电磁驱动的作用解析：线圈通电后，在安培力作用下发生转动，铝框随之转动，并切割磁感线产生感应电流，就是涡流涡流阻碍线圈的转动，使线圈偏转后尽快停下来所以，这样做的目的是利用涡流来起电磁阻尼的作用答案：BC（2 2）、电磁驱动：）、电磁驱动：）、电磁驱动：）、电磁驱动：当磁场相对于导体转动时，在导体当磁场相对于导体转动时，在导体当磁场相对于导体转动时，在导体当磁场相对于导体转动时，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中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用而运动起来的现象。用而运动起来的现象。用而运动起来的现象。用而运动起来的现象。线圈转动与磁铁同向，但转速小于磁铁，即同向异步。线圈转动与磁铁同向，但转速小于磁铁，即同向异步。线圈转动与磁铁同向，但转速小于磁铁，即同向异步。线圈转动与磁铁同向，但转速小于磁铁，即同向异步。应用：感应电动机、电能表、汽车上用的电磁式速度应用：感应电动机、电能表、汽车上用的电磁式速度应用：感应电动机、电能表、汽车上用的电磁式速度应用：感应电动机、电能表、汽车上用的电磁式速度表等。表等。表等。表等。例题2如右图所示，让一金属圆盘接近磁铁的两极，但不接触使磁铁转动，圆盘也会跟着转动这种现象称为“电磁驱动”请你说明电磁驱动的原理 解析：当蹄形磁铁转动时，圆盘上不同位置的磁通量发生变化，因而圆盘中会有涡流形成，该涡流的磁场阻碍磁通量的变化，使圆盘随着磁铁一起转，但圆盘转动速度比磁铁慢电磁阻尼电磁阻尼电磁驱动电磁驱动区区别别产生电产生电流的原流的原因因由于导体在磁场中运动由于导体在磁场中运动由于磁场相对于导体运由于磁场相对于导体运动，导体中产生感应电动，导体中产生感应电流流安培力安培力方向方向安培力方向与导体运动安培力方向与导体运动方向相反，阻碍导体运方向相反，阻碍导体运动动导体受安培力方向与导导体受安培力方向与导体运动方向相同，推动体运动方向相同，推动导体运动导体运动联联系系都属于电磁感应现象，安培力的作用效果是阻碍导体与磁都属于电磁感应现象，安培力的作用效果是阻碍导体与磁场间发生相对运动场间发生相对运动电磁阻尼与电磁驱动的电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系区别和联系 1涡流的实质涡流的实质 (1)涡流仍然是由电磁感应而产生的，它仍然遵循感应涡流仍然是由电磁感应而产生的，它仍然遵循感应电流的产生条件，特殊之处在于涡流产生于块状金属中。电流的产生条件，特殊之处在于涡流产生于块状金属中。(2)严格地说，在变化的磁场中的一切导体内都有涡流严格地说，在变化的磁场中的一切导体内都有涡流产生，只是涡流的大小有区别，以致一些微弱的涡流被我产生，只是涡流的大小有区别，以致一些微弱的涡流被我们忽视了。们忽视了。2可以产生涡流的两种情况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。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。让块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动。3涡流中的能量转化涡流中的能量转化 涡流现象中，其他形式的能转化成电能，并最终在金涡流现象中，其他形式的能转化成电能，并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；如果是金属块进出磁场能转化为电能，最终转化为内能；如果是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。属块的机械能转化为电能，最终转化为内能。4应用应用 (1)涡流热效应的应用，如真空冶炼炉。涡流热效应的应用，如真空冶炼炉。(2)涡流磁效应的应用，如地雷探测器、机场的安检门。涡流磁效应的应用，如地雷探测器、机场的安检门。（3）机械效应：电磁阻尼和电磁驱动）机械效应：电磁阻尼和电磁驱动 5涡流的危害及防止涡流的危害及防止 (1)在各种电机、变压器中，涡流是非常有害的。首先它在各种电机、变压器中，涡流是非常有害的。首先它会使铁芯的温度升高，从而危害到线圈绝缘材料的寿命，严重会使铁芯的温度升高，从而危害到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、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。变压器的效率降低。(2)为了减少涡流，变压器、电机里的铁芯不是由整块的为了减少涡流，变压器、电机里的铁芯不是由整块的钢铁制成，而是用薄薄的硅钢片叠合而成。一方面硅钢片的钢铁制成，而是用薄薄的硅钢片叠合而成。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，进一步地减小硅钢片之间都是绝缘的，阻断了涡流的通路，进一步地减小了涡流的发热。计算表明：涡流的损耗与硅钢片的厚度的平了涡流的发热。计算表明：涡流的损耗与硅钢片的厚度的平方成正比。方成正比。试身手试身手夯基础夯基础1下列应用与涡流有关的是下列应用与涡流有关的是 ()A家用电磁炉家用电磁炉B家用微波炉家用微波炉C真空冶炼炉真空冶炼炉 D探雷器探雷器解析：解析：家用电磁炉和真空冶炼炉利用涡流的热效应家用电磁炉和真空冶炼炉利用涡流的热效应工作，探雷器利用涡流的磁效应工作，而微波炉利工作，探雷器利用涡流的磁效应工作，而微波炉利用高频电磁波工作。用高频电磁波工作。答案：答案：ACD2甲、乙两个完全相同的铜环可绕固定轴甲、乙两个完全相同的铜环可绕固定轴OO旋转，当给旋转，当给以相同的初始角速度开始转动后，由于阻力，经相同的以相同的初始角速度开始转动后，由于阻力，经相同的时间后便停止；若将环置于磁感应强度为时间后便停止；若将环置于磁感应强度为B且大小相同且大小相同的匀强磁场中，甲环的转轴与磁场方向平行，乙环的转的匀强磁场中，甲环的转轴与磁场方向平行，乙环的转轴与磁场方向垂直，如图轴与磁场方向垂直，如图471所示，当甲、乙两环同所示，当甲、乙两环同时以相同的角速度开始转动后，则下列判断正确的是时以相同的角速度开始转动后，则下列判断正确的是 ()图图471A甲环先停甲环先停 B乙环先停乙环先停C两环同时停下两环同时停下 D无法判断两环停止的先后无法判断两环停止的先后解析：解析：甲不产生感应电流，乙产生感应电流，机械能不甲不产生感应电流，乙产生感应电流，机械能不断转化为内能，故乙环先停下来。断转化为内能，故乙环先停下来。答案：答案：B3.图图472是称为阻尼摆的示意图，在轻质杆上固定一是称为阻尼摆的示意图，在轻质杆上固定一 金属薄片，轻质杆可绕上端金属薄片，轻质杆可绕上端O点在竖直面内转动，一水点在竖直面内转动，一水 平有界磁场垂直于金属薄片所在的平面。使摆从图中平有界磁场垂直于金属薄片所在的平面。使摆从图中 实线位置释放，摆很快就会停止摆动；若将摆改成梳实线位置释放，摆很快就会停止摆动；若将摆改成梳 齿状，还是从同一位置释放，摆会摆动较长的时间。齿状，还是从同一位置释放，摆会摆动较长的时间。试定性分析其原因。试定性分析其原因。图图472解析：解析：第一种情况下，阻尼摆进入有界磁场后，在摆中会形第一种情况下，阻尼摆进入有界磁场后，在摆中会形成涡流，而金属薄片在磁场中所受的安培力总是阻碍金属片成涡流，而金属薄片在磁场中所受的安培力总是阻碍金属片的摆动，因此会很快停下来；第二种情况下，将金属摆改成的摆动，因此会很快停下来；第二种情况下，将金属摆改成梳齿状，阻断了涡流形成的回路，从而减弱了涡流，受到的梳齿状，阻断了涡流形成的回路，从而减弱了涡流，受到的阻碍会比先前小得多，所以会摆动较长的时间。阻碍会比先前小得多，所以会摆动较长的时间。答案：答案：前者摆中形成较强涡流，后者改成梳齿状，减弱了涡前者摆中形成较强涡流，后者改成梳齿状，减弱了涡流，受到阻碍变小。流，受到阻碍变小。4.如图如图473所示，闭合铝框和条形磁所示，闭合铝框和条形磁 铁位于同一平面内，现让条形磁铁绕铁位于同一平面内，现让条形磁铁绕 OO转动，发现铝框也随之转动，这转动，发现铝框也随之转动，这 种现象叫做种现象叫做_，若固定，若固定 图图473 铝框，而让条形磁铁绕铝框，而让条形磁铁绕OO轴转动起来，不考虑轴摩轴转动起来，不考虑轴摩 擦及空气阻力，结果条形磁铁擦及空气阻力，结果条形磁铁_，这种现，这种现 象叫做象叫做_。解析：解析：当条形磁铁转动时，铝框中因磁通量变化，产生当条形磁铁转动时，铝框中因磁通量变化，产生感应电流，铝框将在安培力作用下发生转动，这种现象感应电流，铝框将在安培力作用下发生转动，这种现象叫做电磁驱动；当铝框固定不动时，条形磁铁转动也会叫做电磁驱动；当铝框固定不动时，条形磁铁转动也会使铝框中产生感生电流，而感应电流将阻碍这种相对运使铝框中产生感生电流，而感应电流将阻碍这种相对运动，使条形磁铁很快停下来，这种现象叫做电磁阻尼。动，使条形磁铁很快停下来，这种现象叫做电磁阻尼。答案：答案：电磁驱动很快停下来电磁阻尼电磁驱动很快停下来电磁阻尼