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高中物理 | 4.7渦流,電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)詳解

 昵稱47813312 2018-09-11


渦流


當(dāng)線圈中的電流隨時(shí)間變化時(shí),線圈附近的任何導(dǎo)體中都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,電流在導(dǎo)體內(nèi)形成閉合回路,很像水的旋渦,把它叫做渦電流,簡(jiǎn)稱渦流。


特點(diǎn)

整塊金屬的電阻很小,渦流往往很大。


產(chǎn)生機(jī)理

處在磁場(chǎng)中的導(dǎo)體,只要磁場(chǎng)變化就會(huì)引起導(dǎo)體中的磁通量的變化,導(dǎo)體中就有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),這一電動(dòng)勢(shì)在導(dǎo)體內(nèi)部構(gòu)成回路。


導(dǎo)體內(nèi)就有感應(yīng)電流,因?yàn)檫@種電流像水中的旋渦,所以稱為渦流。在大塊的金屬內(nèi)部,由于金屬塊的電阻很小,所以渦電流很大,能夠產(chǎn)生很大的熱量。嚴(yán)格地說(shuō),在變化的磁場(chǎng)中的一切導(dǎo)體內(nèi)都有渦流產(chǎn)生,只是渦電流的大小有區(qū)別,所以一些微弱的渦電流就被我們忽視了。


應(yīng)用


熱效應(yīng)



磁效應(yīng)


減少渦流的途徑

① 增大鐵芯材料的電阻率,常用的材料是硅鋼。   


② 用互相絕緣的的硅鋼片疊成的鐵芯代替整塊硅鋼鐵芯。



電磁阻尼

當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),感應(yīng)電流會(huì)使導(dǎo)體受到安培力,安培力總是阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng),這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼。


電磁阻尼是導(dǎo)體相對(duì)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí),感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到的安培力總是阻礙它們的相對(duì)運(yùn)動(dòng),利用安培力阻礙導(dǎo)體與磁場(chǎng)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)就是電磁阻尼。


磁電式儀表的指針能夠很快停下,就是利用了電磁阻尼?!按艖腋×熊?yán)脺u流減速”其實(shí)也是一種電磁阻尼。


電磁驅(qū)動(dòng)

磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng),在導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力作用,安培力使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng),這種作用稱為電磁驅(qū)動(dòng)。




電磁驅(qū)動(dòng)是磁場(chǎng)相對(duì)導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)時(shí),安培力的方向和運(yùn)動(dòng)方向相同,使導(dǎo)體隨磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)。


當(dāng)磁場(chǎng)以某種方式運(yùn)動(dòng)時(shí)(例如磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)),導(dǎo)體中的安培力阻礙導(dǎo)體與磁場(chǎng)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而使導(dǎo)體跟著磁場(chǎng)動(dòng)起來(lái)(跟著轉(zhuǎn)動(dòng)),這就是電磁驅(qū)動(dòng)。


習(xí)題演練


1.著名物理學(xué)家弗曼曾設(shè)計(jì)過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn),如圖所示.在一塊絕緣板上中部安一個(gè)線圈,并接有電源,板的四周有許多帶負(fù)電的小球,整個(gè)裝置支撐起來(lái).忽略各處的摩擦,當(dāng)電源接通的瞬間下列關(guān)于圓盤的說(shuō)法中,正確的是(  )

A.圓盤將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)
B.圓盤將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 
C.圓盤不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)
D.無(wú)法確定圓盤是否會(huì)動(dòng)


2. 如圖所示,一閉合金屬圓環(huán)用絕緣細(xì)線掛于O點(diǎn),將圓環(huán)拉離平衡位置并釋放,圓環(huán)擺動(dòng)過(guò)程中經(jīng)過(guò)有界的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,A、B為該磁場(chǎng)的豎直邊界.若不計(jì)空氣阻力,則(  )


A.圓環(huán)向右穿過(guò)磁場(chǎng)后,還能擺至原來(lái)的高度
B.在進(jìn)入和離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí),圓環(huán)中均有感應(yīng)電流
C.圓環(huán)進(jìn)入磁場(chǎng)后離平衡位置越近速度越大,感應(yīng)電流也越大
D.圓環(huán)最終將靜止在平衡位置


習(xí)題解析

1. A  

瞬間增強(qiáng)的磁場(chǎng)會(huì)在周圍產(chǎn)生一個(gè)順時(shí)針的旋渦電場(chǎng),負(fù)電荷受到逆時(shí)針?lè)较虻碾妶?chǎng)力,帶動(dòng)圓盤逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),而負(fù)電荷的這種定向運(yùn)動(dòng)則形成了順時(shí)針的環(huán)形電流,故選項(xiàng)A正確.


2. B

當(dāng)圓環(huán)從1位置開(kāi)始下落,進(jìn)入和擺出磁場(chǎng)和擺出磁場(chǎng)時(shí)(即2位置和3位置),由于有磁通量變化,圓環(huán)上產(chǎn)生感應(yīng)電流,消耗機(jī)械能,選項(xiàng)A錯(cuò)B正確;由于金屬圓環(huán)自身存在內(nèi)阻,所以必然有熱量產(chǎn)生(即有能量損失),因此,圓環(huán)不會(huì)再擺到4位置,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;當(dāng)圓環(huán)進(jìn)入磁場(chǎng)后,穿過(guò)環(huán)內(nèi)的磁通量不再發(fā)生變化,無(wú)感應(yīng)電流產(chǎn)生,故線圈在磁場(chǎng)區(qū)域來(lái)回?cái)[動(dòng),選項(xiàng)CD錯(cuò)誤。


對(duì)渦流,電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)你還有什么問(wèn)題


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