单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七节 涡流 电磁阻尼和电磁驱动,第七节 涡流 电磁阻尼和电磁驱动,1,1.,涡流,2.,电磁阻尼,3.,电磁驱动,本 节 导 航,1.涡流 本 节 导 航,2,1.,涡流,1.涡流,3,前面我们讲过，根据麦克斯韦电磁场理论，当如右图所示的磁场变化时，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，这种感应电流是像旋涡一样的闭合的曲线，我们把它叫,涡电流,。,B,E,情况一,前面我们讲过，根据麦克斯韦电磁场理论，当如右图所示的,4,情况二,变压器在工作时，除了在原、副线圈产生感应电动势外，变化的磁通量也会在铁芯中产生感应电流。一般来说，只要空间有变化的磁通量，其中的导体就会产生旋涡状的,感应电流,，我们把这种感应电流叫做,涡流,。,线圈电流变化时，线圈附近任何导体都会产生涡流,情况二 变压器在工作时，除了在原、副线圈产生感应电动势,5,一,、涡流,1,、定义：块状金属在变化的磁场中，或在磁场运动时，金属块内将产生感应电流。这种电流在金属块内自成闭合回路，很像水的旋涡，故叫涡电流，简称,涡流,。,2,、产生条件：金属块中产生感应电流的条件,3.,产生的,效果,：若金属电阻率小，产生的涡流很大，从而产生的热量就很多。,一、涡流 1、定义：块状金属在变化的磁场中，或在磁场运动时，,6,情况三,如图线圈接入,220V,交变电源，块状铁芯插入线圈中，让一名学生感知铁芯的变化。,情况三如图线圈接入220V交变电源，块状铁芯插入线圈中，让一,7,现象：,几分钟后学生感到铁芯变热。,解释：,原来把块状的金属放在变化的磁场中或让它在磁场中运动时，金属块内将产生感应电流，这种电流在金属块内自成闭合电路，很像水的漩涡，因此叫做涡电流，简称涡流。,现象：几分钟后学生感到铁芯变热。,8,涡流_电磁阻尼和电磁驱动课件,9,注意,（,1,）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,。（,2,）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,。由于,整块金属的电阻通常很小,，故涡流常常很大。,注意 （1）金属块中的涡流也要产生热量,如果金属,10,应用,（,1,）真空冶炼炉，高频焊接,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,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。,应用（1）真空冶炼炉，高频焊接 冶炼金属的高频感应电炉就,11,焊接原理：,线圈中通以高频交流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，由于焊接缝处的接触电阻很大，放出的焦耳热很多，致使温度升得很高，将金属熔化，焊接在一起,.,焊接原理：,12,，,交变电流的频率越高，它产生的磁场的变化就越快，根据,法拉第电磁感应定律,，在待加热区域中产生的感应电动势就越大，感应电流就越大,.,而放出的电热与电流的平方成正比，所以交变电流的频率越高加热区放出的热量越多,.,为什么用高频交流电,，交变电流的频率越高，它产生的磁场的变化就越快，根,13,生活中的物理：电磁灶的工作原理,电磁灶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。,生活中的物理：电磁灶的工作原理 电磁灶的台面下布,14,（,2,）探雷器、安检,自制金属探测器,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。,（2）探雷器、安检自制金属探测器 这种探雷器可以用来探,15,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。,探雷器是利用,涡流,制成的,探雷器,探测地雷的探雷器是利用涡流工作的，士兵手持一个,16,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。,探雷器,如果地下埋着金属物品，金属中感应涡流，涡流的磁场,17,安检门,门框,交流电,报警电路,线圈,机场的安检门可以探测人身携带的金属物品，道理和探雷器是一样的。,安检门门框 交流电报警电路线圈 机场的安检门可,18,危害,导体在产生涡流的过程中，涡流也会产生热量这样的话会造成很多的能源浪费，还可能烧坏电器！（例如在电动机和变压器里面）,危害 导体在产生涡流的过程中，涡流也会产生热量这样,19,（,1,）增大铁芯材料的电阻率,常用的材料是硅钢。,减少涡流的途径,（1）增大铁芯材料的电阻率,常用的材料是硅钢。减少涡流的途径,20,（,2,）用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。,交变电流,交变电流,整块铁芯,彼此绝缘的薄片,（2）用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁,21,解释：,涂有绝缘的薄硅钢片叠加的铁芯，在变化的磁场中，产生的涡流被,限制在狭窄的薄片之内，回路的电阻很大,，涡流大为减弱，又因为,硅钢片比普通的电阻大,，可以进一步减小涡流损失，电动机和变压器的铁芯都不是整块金属。线圈中流过变化的电流,在铁芯中产生的涡流使铁芯发热,浪费了能量,还可能,损坏,电器。,解释：涂有绝缘的薄硅钢片叠加的铁芯，在变化的磁场中，产生,22,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电阻率很大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。,铁芯,变压器、电机的铁芯都不是整块金属，而是由许多相,23,知识拓展,涡流损耗,导体在非均匀磁场中移动或处在随时间变化的磁场中时，因涡流而导致能量损耗称为,涡流损耗,。涡流损耗的大小与磁场的变化方式、导体的运动、导体的几何形状、导体的磁导率和电导率等因素有关。涡流损耗的计算需根据导体中的电磁场的方程式，结合具体问题的上述诸因素进行。,知识拓展涡流损耗 导体在非均匀磁场中移动或处在随时,24,涡流检测,涡流检测适用于导电材料,探伤,，常见的金属材料可分为两大类：非铁磁性材料和铁磁性材料。后者为铜、铝、钛及其合金和奥氏体不锈钢；前者为钢、铁及其合金。它们的本质差别是材质磁导率,约为,1,或远大于,1,。在发电厂，除復水器等少量管道使用铜、钛、奥氏体不锈钢非铁磁性材料外，大量管道都采用钢管等铁磁性材料，典型的应用有省煤器、水冷壁等。,涡流检测 涡流检测适用于导电材料探伤，常见的金,25,新型技术,脉 冲 涡 流 检 测,原理：,脉冲涡流通常是以一定占空比的,方波,作为激励信号施加于初级线圈，当载有方波电信号的初级线圈接近导电材料或试件时，在导体中感应产生瞬变的涡流和再生磁场。瞬时涡流的大小、衰减状况与导体的电磁特性、几何形状及耦合状况相关，次级线圈（或电磁传感器）接收到的涡流再生磁场包含有被检测对象导电率、磁导率及形状尺寸的相关信息，据此可实现脉冲涡流的检测与评价。,新型技术脉 冲 涡 流 检 测 原理：脉冲涡流通,26,原理图：,原理图：,27,2.,电磁阻尼,2.电磁阻尼,28,如图所示，一个单匝线圈落入磁场中，分析它在图示位置时感应电流的方向和所受安培力的方向，安培力对线圈的运动有什么影响？,如图所示，一个单匝线圈落入磁场中，分析它,29,如图所示，一个矩形线框以,O,点为圆心在竖直平面内摆动，进入磁场中，分析它在图示位置时感应电流的方向和所受安培力的方向，安培力对线圈的运动有什么影响？,如图所示，一个矩形线框以O点为圆心在竖直平面内摆动，进入磁场,30,电磁阻尼,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。,第四章 电磁感应,电磁阻尼电磁阻尼现象：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体,31,动画：电磁阻尼摆,动画：电磁阻尼摆,32,涡流_电磁阻尼和电磁驱动课件,33,涡流_电磁阻尼和电磁驱动课件,34,3.,电磁驱动,3.电磁驱动,35,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,。,如磁场相对于导体转动,在导体中会产生感应电流,感应电,36,交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的。,连接到三相电源时能产生旋转的磁场,一种交流感应电动机的结构,交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的。连接到三,37,电磁阻尼,是导体相对于磁场运动,;,电磁驱动,是磁场相对于导体运动,.,两者都是电磁感应现象，都遵循楞次定律；,安培力的作用都是,阻碍,它们间的,相对运动,。,电磁阻尼与电磁驱动的,区别和联系,电磁驱动中，线圈转动与磁铁,同向,，但转速小于磁铁，即,同向异步。,第四章 电磁感应,电磁阻尼是导体相对于磁场运动;电磁阻尼与电磁驱动的区别和联,38,动画：阻尼电子仪器,动画：阻尼电子仪器,39,1,、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,第四章 电磁感应,1、下列哪些措施是为了防止涡流的危害（）C,40,2,、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,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,第四章 电磁感应,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,41,例,1,、,如图所示是高频焊接原理示意图线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝产生大量热量，将金属融化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是,A,电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快,B,电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快,C,工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小,D,工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻大,第四章 电磁感应,例1、如图所示是高频焊接原理示意图线圈中通以高频变,42,例,2,、,如图所示，在光滑水平面上固定一条形磁铁，有一小球以一定的初速度向磁铁方向运动，如果发现小球做减速运动，则小球的材料可能是,A,铁,B,木,C,铜,D,铝,第四章 电磁感应,例2、如图所示，在光滑水平面上固定一条形磁铁，有一小,43,小结,本节课学习了涡流、电磁阻尼和电磁驱动。,1.,导体在变化的磁场中产生,涡流,，涡流是电磁感应现象的应用，生活中的涡流有利也有弊。,利：真空冶炼炉、电磁灶、探雷器、安检门的,应用,及,工作原理,弊：浪费能量，损坏电器,2.,导体在磁场中运动，受到安培力，安培力阻碍导体运动，即,电磁阻尼,。,第四章 电磁感应,小结本节课学习了涡流、电磁阻尼和电磁驱动。第四章 电磁,44,应用：电磁阻尼摆、微安表。,4.,磁场相对于导体运动，导体中产生感应电流，受到安培力，使导体运动，即,电磁驱动,。,应用：交流感应电动机,作业：,1,、认真阅读教材。,2,、思考并完成“问题与练习”中的习题。,3,、收集“涡流的利用和防止”方面的资料，在课下交流。,第四章 电磁感应,应用：电磁阻尼摆、微安表。第四章 电磁感应,45,涡流_电磁阻尼和电磁驱动课件,46,