第八節(jié)渦流現(xiàn)象及其應(yīng)用

1、第八節(jié)第八節(jié) 渦流現(xiàn)象及其應(yīng)用渦流現(xiàn)象及其應(yīng)用1渦流定義渦流定義塊狀金屬放在變化的磁場中，或讓它在磁場中運動，金屬塊內(nèi)有感應(yīng)電場產(chǎn)生，從而形成閉合回路，這時感生電場力可以在整塊金屬內(nèi)部引起閉合渦旋狀的感應(yīng)電流，所以叫做渦電流“渦電流”簡稱渦流2渦流的熱效應(yīng)渦流的熱效應(yīng)當變壓器的線圈中通過交變電流時，在鐵芯內(nèi)部有變化的磁場，因而產(chǎn)生感生電場，引起渦流渦流在通過電阻時也要放出焦耳熱（1）應(yīng)用：利用它的熱效應(yīng)進行加熱的方法稱為感應(yīng)加熱而渦流的大小和磁通量變化率成正比，磁場變化的頻率越高，導(dǎo)體里的渦流也越大實際上，一般使用高頻交流電激發(fā)渦流如：高頻焊接：如右圖所示，線圈中通以高頻交流電時，待焊接的金屬

2、工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流（渦電流）由于焊縫處的接觸電阻很大，放出的焦耳熱很多，致使溫度升得很高，將金屬熔化，焊接在一起我國生產(chǎn)的自行車架就是用這種方法焊接的高頻感應(yīng)爐：高頻感應(yīng)爐利用渦流來熔化金屬上面有冶煉金屬的感應(yīng)爐的示意圖冶煉鍋內(nèi)裝入被冶煉的金屬，線圈通上高頻交變電流，這時被冶煉的金屬中就產(chǎn)生很強的渦流，從而產(chǎn)生大量的熱使金屬熔化這種冶煉方法速度快，溫度容易控制，并能避免有害雜質(zhì)混入被冶煉的金屬中，因此適于冶煉特種合金和特種鋼電磁爐：電磁爐的工作原理是采用磁場感應(yīng)渦電流加熱原理，利用電流通過線圈產(chǎn)生磁場，當磁場內(nèi)的磁感線通過鐵質(zhì)鍋底時會產(chǎn)生無數(shù)的渦流使鍋的本身自行高速發(fā)熱，然后再作用于鍋內(nèi)食物

3、這種最新的加熱方式，能減少熱量傳遞的中間環(huán)節(jié)，可大大提升制熱效率，比傳統(tǒng)爐具（電爐、氣爐）節(jié)省能源一半以上（2）控制：導(dǎo)體在非均勻磁場中移動或處在隨時間變化的磁場中時，因渦流而導(dǎo)致能量損耗稱為渦流損耗渦流損耗的大小與磁場的變化方式、導(dǎo)體的運動、導(dǎo)體的幾何形狀、導(dǎo)體的磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率等因素有關(guān)變壓器、電機鐵芯中的渦流熱效應(yīng)不僅損耗能量，嚴重時還會使設(shè)備燒毀為減少渦流，變壓器、電機中的鐵芯都是用很薄的硅鋼片疊壓而成因為在導(dǎo)體中渦流的大小和電阻有關(guān)，電阻越大渦流越小為了減小渦流造成的熱損耗，電機和變壓器的鐵芯常采用多層彼此絕緣的硅鋼片疊加而成（材料采用硅鋼以增加電阻）這些薄片表面涂有薄層絕緣漆或絕緣的

4、氧化物磁通穿過薄片的狹窄截面時，渦流被限制在沿各片中的一些狹小回路流過，這些回路中的凈電動勢較小，回路的長度較大，再由于這種薄片材料的電阻率大，這樣就可以顯著地減小渦流損耗所以，交流電機、電器中廣泛采用疊片鐵心3渦流的磁效應(yīng)渦流的磁效應(yīng)（1）電磁阻尼現(xiàn)象：把銅板做成的擺放到電磁鐵的磁場中，當電磁鐵未通電時，擺要往復(fù)多次，擺才能停止下來如果電磁鐵通電，磁場在擺動的銅板中產(chǎn)生渦流渦流受磁場作用力的方向與擺動方向相反，因而增大了擺的阻尼，擺很快就能停止下來這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼（2）應(yīng)用：電磁儀表中的電磁阻尼器就是根據(jù)渦流磁效應(yīng)制作的，在磁電式測量儀表中，常把使指針偏轉(zhuǎn)的線圈繞在閉合鋁框上，當測量電流

5、流過線圈時，鋁框隨線圈指針一起在磁場中轉(zhuǎn)動，這時鋁框內(nèi)產(chǎn)生的渦流將受到磁場作用力，抑止指針的擺動，使指針較快地穩(wěn)定在指示位置上此外，電氣機車的電磁制動器也是根據(jù)這一效應(yīng)制作的4渦流的機械效應(yīng)渦流的機械效應(yīng)電磁驅(qū)動電磁驅(qū)動在磁場運動時帶動導(dǎo)體一起運動，這種作用稱為“電磁驅(qū)動”作用當磁鐵轉(zhuǎn)動時，根據(jù)楞次定律此時在圓盤上將產(chǎn)生渦流，受到磁場的作用力將產(chǎn)生一個促使金屬圓盤按磁場旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生轉(zhuǎn)動的力矩但是如果圓盤的轉(zhuǎn)速達到了與磁場轉(zhuǎn)速一樣，則兩者的相對速度為零，感應(yīng)電流便不會產(chǎn)生，這時電磁驅(qū)動作用便消失所以在電磁驅(qū)動作用下，金屬圓盤的轉(zhuǎn)速總要比磁鐵或磁場的轉(zhuǎn)速小，或者說兩者的轉(zhuǎn)速總是異步的感應(yīng)式異步電動

6、機就是根據(jù)這個原理制成的電磁驅(qū)動作用可用來制造測量轉(zhuǎn)速的電表，這類轉(zhuǎn)速表常稱為磁性式轉(zhuǎn)速表用磁性式轉(zhuǎn)速表測量轉(zhuǎn)速時，將被測機器的轉(zhuǎn)軸通過連接器和傳動機構(gòu)與轉(zhuǎn)速表中的永久磁鐵的轉(zhuǎn)軸相連，永久磁鐵一般是由一塊充以四個極的磁鋼制成，這便形成一個旋轉(zhuǎn)磁場在永久磁鐵的上方有一個金屬圓盤，稱為感應(yīng)片感應(yīng)片與永久磁鐵間有很小的氣隙，兩者互不接觸當永久磁鐵隨著機器的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，感應(yīng)片上將產(chǎn)生渦流這渦流又將受到這旋轉(zhuǎn)磁場的作用力，結(jié)果感應(yīng)片被驅(qū)動，從而沿永久磁鐵的旋轉(zhuǎn)方向運動感應(yīng)片的轉(zhuǎn)動將帶動與感應(yīng)片轉(zhuǎn)軸相連的彈簧，將其扭緊，從而產(chǎn)生彈性恢復(fù)轉(zhuǎn)矩最后，當感應(yīng)片轉(zhuǎn)過一定的角度，由電磁驅(qū)動作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩剛好與彈性恢

7、復(fù)的轉(zhuǎn)矩抵消時，便達到一個暫時平衡狀態(tài)由機器帶動轉(zhuǎn)動的永久磁鐵轉(zhuǎn)速越快，感應(yīng)片受到的電磁驅(qū)動作用所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩越大，因而指針的偏轉(zhuǎn)角度就越大這樣，便可通過指針的偏轉(zhuǎn)角度來顯示機器的轉(zhuǎn)速 1渦流現(xiàn)象渦流現(xiàn)象例例1 電磁爐（或電磁灶）是采用電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生渦流加熱的，它利用變化的電流通過線圈產(chǎn)生變化的磁場，當變化的磁場通過含鐵質(zhì)鍋的底部時，即會產(chǎn)生無數(shù)細小渦流，使鍋體本身自行高速升溫，然后再加熱鍋內(nèi)食物電磁爐工作時產(chǎn)生的電磁波，完全被線圈底部的屏蔽層和頂板上的含鐵質(zhì)鍋所吸收，不會泄漏，對人體健康無危害關(guān)于電磁爐，以下說法中正確的是( )A電磁爐是利用變化的磁場在食物中產(chǎn)生渦流對食物加熱的B電磁爐是利

8、用變化的磁場產(chǎn)生渦流，使含鐵質(zhì)鍋底迅速升溫，進而對鍋內(nèi)食物加熱的C電磁爐是利用變化的磁場使食物中的極性水分子振動和旋轉(zhuǎn)來對食物加熱的D電磁爐跟電爐一樣是讓電流通過電阻絲產(chǎn)生熱量來對食物加熱的【解析】由以上電磁爐的工作原理可知，A、D錯誤，B正確對于C是微波爐的加熱原理答案答案 B點撥點撥 正確理解電磁爐中的渦流作用是判斷本題的依據(jù)2渦流的應(yīng)用渦流的應(yīng)用例例2 彈簧上端固定，下端掛一只條形磁鐵，使磁鐵上下振動，磁鐵的振動幅度不變?nèi)粼谡駝舆^程中把線圈靠近磁鐵，如右圖所示，觀察磁鐵的振幅將會發(fā)現(xiàn)( )AS閉合時振幅逐漸減小，S斷開時振幅不變BS閉合時振幅逐漸增大，S斷開時振幅不變CS閉合或斷開，振幅

9、變化相同DS閉合或斷開，振幅都不發(fā)生變化答案答案 A點撥點撥 渦流的產(chǎn)生也是一個能量轉(zhuǎn)化的過程，無渦流時，磁鐵和彈簧機械能守恒，振幅不變，有渦流產(chǎn)生時，也即磁鐵和彈簧的機械能要轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化成線圈發(fā)熱的內(nèi)能，因而振幅將逐漸減小，最終磁鐵會停止振動【解析】S斷開時，磁鐵振動穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，線圈中無感應(yīng)電流，振幅不變；S閉合時有感應(yīng)電流，有電能產(chǎn)生；磁鐵的機械能越來越少，振幅逐漸減少，A正確例例3 如下圖所示，在光滑水平面上固定一條形磁鐵，有一小球以一定的初速度向磁鐵方向運動，如果發(fā)現(xiàn)小球做減速運動，則小球的材料可能是( )A鐵 B木 C銅 D鋁【解析】【解析】小球向磁鐵方向運動時，穿過它的磁通量會發(fā)生變化，若小球是金屬的，則在小球內(nèi)會產(chǎn)生渦流，故B錯鐵球在向磁鐵運動的過程中，雖然內(nèi)部也會產(chǎn)生渦流，但磁鐵對鐵具有吸引作用，故鐵球會做加速運動，而銅、鋁兩種球，由于內(nèi)部產(chǎn)生了渦流，消耗了運動的機械能，將做減速運動答案答案 CD點撥 根據(jù)經(jīng)驗，磁鐵對鐵球的吸引效果會遠大于小鐵球內(nèi)部產(chǎn)生的渦流效應(yīng)，絕緣木球不會產(chǎn)生渦流而損耗機械能例例4 電阻為R的矩形線框abcd，邊長ab=L，ad=h，質(zhì)量為m，自某一高度自由落下，通過一勻強磁場，磁場方向垂直紙面向里，磁場區(qū)域的寬度為h，如下圖所示，若線框恰好以恒定速度通過磁場，則線框中產(chǎn)生的焦耳熱為多少？（不考慮空