4.6涡流、电磁阻尼和电磁驱动

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。
回路有电流，在安培力作用下，很快停下
三.电磁驱动 远引的应用—安培力的作用
1.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。 2.应用：交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的。
一.涡流—电磁感应的热效应
1.定义：当线圈中的电流随时间变化时,这个线圈附近的任何导 体中都会产生像水涡形状的感应电流故称涡电流.简称涡流. 2.热效应：金属块中的涡流也要产生热量. 3.决定因素：（1）磁场的变化快慢（感应电动势的大小影响）. 线圈中电流的变化频率越大，涡流越大. （2）导体的横截面积（电阻的影响）（S越大I越大）. （3）金属块电阻率越小，产生的涡流强（电阻的影响） 4.应用 (1)利用 a.真空冶炼炉 b.探雷器 c.安检门 d.电磁炉
分 析 ： 1.磁 铁 在 管 内 运 动 时 ， 对 于 金 属 管可 ，理 解 为 由 很 多 闭 合 环 形 金 属叠 环加 在 一 起 组 成 的 ，内 环磁 通 量 发 生 变 化 ， 产 生 感 应流 电 ， 对 磁 铁 有 阻 碍 作 .而 用 绝缘环 中 不 产 生 电 流 ， 对 磁无 铁阻 碍 作 用 . 1 2h 2.h at2 t ,t A t B a A a B 2 a S说 明 A是 金 属 管 ， 是 B 绝缘管
分 析 ： 根 据 楞 次 定 律“ ：阻 碍 ” 的 理 解 ， 阻 碍 磁 通 量 的 变 化 ，近 “ 斥 远 引 ” ， 故 选 B.
电磁能的扩散、热量的散失等能量损失导致导体转动速度小于 磁体转速
2.如图所示，闭合导线环和条形磁铁都可以绕水平的中心轴 OO′自由转动，开始时磁铁和圆环都静止在竖直平面内，若条 形磁铁突然绕OO′轴，N极向纸里，S极向纸外转动，在此过程 中，圆环将 (A ) A．产生逆时针方向的感应电流，圆环上端向里、下端向外随磁 铁转动 B．产生顺时针方向的感应电流，圆环上端向外、下端向里转动 C．产生逆时针方向的感应电流，圆环并不转动 D．产生顺时针方向的感应电流，圆环并不转动
线 圈 处 于 图 示 的 初 始态 状时 ， 通 过 线 圈 的 磁量 通 为 0， 当 蹄 形 磁 铁 转 动 时 ，过 穿线 圈 的 磁 通 量 变 化根 ，据 楞 次 定 律 线 圈 中 产 生应 感电 流 ， 以 阻 碍 磁 通的 量变 化 ， 因 而 线 圈 会 随 着 一 起动 转起 来 . 转 动 方 向 与 磁 铁 同 向但 ，转 速 小 于 磁 铁 的 转. 速
金属工件中产生 感应电流：涡流
频率越大 I越 大
焊接处的 热功率P I2R
B正 确
整 个 工 件 串 联 I相 等 ， 而 焊 接 处 R大 .
C正 确
二.电磁阻尼
来拒去留---安培力的作用
1定义：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 2．应用：磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停止，便于读数. 3.讨论:(1)为什么用铝框做线圈骨架？
4.如图所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交 流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来．若要缩短上述加热 时间，下列措施可行的有(AB ) A．增加线圈的匝数 B．提高交流电源的频率 C．将金属杯换为瓷杯 D．取走线圈中的铁芯
Δ φ 得 ， n增 大 ， 线 圈 的 电 动势增大， Δ t 周 围 的 电 场 增 强 ， 金锅 属 中 的 涡 流 增 强 。 A对 . 分 析 ： 1.由 E n 2.由 交 流 电 的 频 率 提 高 ， 金 属 锅 内 磁 通 量化 变较 快 ， 产 生 较 强 的 感 应 电 动， 势 涡 流 增 强 ， B对 . 3.瓷 杯 内 虽 然 磁 通 量 变化，但无电流产生 C错 . . 4.取 走 铁 芯 ， 减 弱 了 磁 场 强 度 ， 在 相 同 的间 时 内 Δ B减 小 ， 磁 通 量 的 变 化 率 减 小 E减 ， 小 ， I减 小 .D错 .
例1.高频焊接原理示意图如图所示，线圈通以高频交流电，金 属工件的焊缝中就产生大量焦耳热，将焊缝熔化焊接．要使焊 接处产生的热量较大，可采用( BC ) A.减小交变电流的频率 B.增大交变电流的频率 C.增大焊接缝的接触电阻 D.减小焊接缝的接触电阻
高频焊接 原理
线圈中通以 高频电流
线圈导线周围 产生变化的磁场
(2)减少 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。 减少涡流的途径: a.增大铁芯材料的电阻率,常用的材料是硅钢。 b.用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替 整块硅钢铁芯。（增大导体的电阻，减小涡流） 5.涡流产生的条件 涡流的本质是电磁感应现象，涡流产生条件是穿过金属块的 磁通量发生变化． 金属块本身可自行构成闭合回路．同时因为整个导体回路的 电阻一般很小，所以感应电流很大． 2．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． (2)让块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动．
2 2 E2 E B2rv, P I R R 解以上各式P 0.36W
2
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E 2.安培力F BI2r, I R F ma a 6 102 m/s2 ,水平向左
安培力产生a
练 1.如图所示，在一蹄形磁铁下面放一个铜盘，铜盘和磁铁均 习 可以自由绕OO′轴转动，两磁极靠近铜盘，但不接触，当磁 铁绕轴转动时，铜盘将 ( B ) A．以相同的转速与磁铁同向转动 B．以较小的转速与磁铁同向转动 C．以相同的转速与磁铁反向转动 D．静止不动.
涡流是电磁感应的“热效应”应用 电磁阻尼是电磁感应的“近斥远引”应用 电磁驱动的铝环用细线悬挂起来，环中心距地面高 度h=0.8m,一质量M=200g的小磁铁（长度可忽略），以v0=10m/s的 速度水平射入并穿过铝环（穿过后可视作平抛运动），落地点距 环原位置的水平距离s=3.6m,则磁铁与环发生相互作用时 1.铝环向哪边偏？ 2.若铝环在磁铁穿过后速度v1=2m/s，在整个过程环中产生的电能？
h S
选好初末状态
例3.如图在光滑的水平面上一半径r=10cm,电阻R=1Ω，质 量m=1Kg的金属环，以v0=10m/s向有界磁场滑动，匀强磁场 B=0.5T,从环刚进入磁场算起，到刚好有一半进入磁场时， 圆环释放了32J的热量，求 1.此时圆环中的电流的瞬时功率 B 2.此时圆环的加速度 解：1.此时的速度设 为v, 能量守恒 v0 1 2 1 2 mv0 mv Q 求速度
分 析 ： 磁 铁 N极 向 里 转 动 时 ， 线 圈 内 磁 场 向， 里磁 通 量 增 强 ， 由 楞 次 定 律 和 右 手 定得 则感 应 电 流 逆 时 针 方. 向 线 圈 上 端 受 安 培 力 向， 里下 端 受 安 培 力 向 外故 ，随 磁 铁 转 动 .A对 .
3.如图所示，A、B为大小、形状均相同且内壁光滑、但用不同 材料制成的圆管，竖直固定在相同高度．两个相同的磁性小球， 同时从A、B管上端的管口无初速度释放，穿过A管比穿过B管的 小球先落到地面．下面对于两管的描述中可能正确的是 ( AD ) A．A管是用塑料制成的，B管是用铜制成的 B．A管是用铝制成的，B管是用胶木制成的 C．A管是用胶木制成的，B管是用塑料制成的 D．A管是用胶木制成的，B管是用铝制成的
解析：1.电磁驱动和 电磁阻尼的应用铝环向 右偏 2.磁铁离开环做平抛 运动，离开环的速度v 1 2 则s vt, h gt , v 9m/s 2 在穿入和穿出整过程， 能量守恒 ΔEK 磁 铁 ΔEK 环 ΔE电 1 2 1 2 1 2 即 Mv0 Mv mv1 W电 2 2 2 W电 1.7J
电磁能的扩散、热量的散失等能量损失导致导体转动速度小于 磁体转速
电磁阻尼与电磁驱动的区别
电磁阻尼 产生电流 由于导体在磁场 的原因 中运动 电磁驱动 由于磁场相对于导体运动， 导体中产生感应电流
区 导体受安培力方向与导体 别 安培力方 安培力方向与导 体运动方向相反， 运动方向相同，推动导体 向 阻碍导体运动 运动 本质联系 都属于电磁感应现象，安培力的作用效果是阻 碍导体与磁场间发生相对运动 自感是电磁感应的“増反减同”应用 电磁感应 的应用