2021-2022学年高二物理竞赛课件：涡电流.pptx

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1、上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出涡电流上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出一个周期内感生电场的方向一个周期内感生电场的方向电子感应加速器的感应电电子感应加速器的感应电场方向随激发它的磁场的场方向随激发它的磁场的正弦变化而变化。由图示正弦变化而变化。由图示可见，只有可见，只有1、4两个四两个四分之一周期电子得到加速，分之一周期电子得到加速，而第四个而第四个1/4周期由于洛周期由于洛仑兹力背离圆心不能维持仑兹力背离圆心不能维持电子恒定的圆运动，故只电子恒定的圆运动，故只有第一个有第一个1/4周期可利用，周期可利用，

2、这在实际当中已足够。目这在实际当中已足够。目前可将电子加速到几十到前可将电子加速到几十到几百兆电子伏。几百兆电子伏。上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出当块状金属放在当块状金属放在变变化着的磁场化着的磁场中时，或者中时，或者在磁场中运动在磁场中运动时，时，金属金属体内也将产生感应电流体内也将产生感应电流。这种电流的流线是闭合这种电流的流线是闭合的，所以称的，所以称涡旋电流涡旋电流。因为大块导体的电阻很因为大块导体的电阻很小，所以小，所以涡旋电流强度涡旋电流强度很大很大。涡电流涡电流交交流流电电源源E Ei i上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页

3、 下页下页 返回返回 退出退出 由于大块金属电阻一般较小，导体中涡电流可由于大块金属电阻一般较小，导体中涡电流可以很大，在导体中产生大量焦耳热，此即以很大，在导体中产生大量焦耳热，此即感应加热感应加热原理原理。涡电流产生的焦耳热与外加电流的频率的平涡电流产生的焦耳热与外加电流的频率的平方成正比。当交变电流频率高达几百甚至几十千赫方成正比。当交变电流频率高达几百甚至几十千赫兹时，导体中的涡电流将产生大量焦耳热可利用。兹时，导体中的涡电流将产生大量焦耳热可利用。涡电流的利用：涡电流的利用：1.1.涡流冶炼金属涡流冶炼金属2.2.电动阻尼器电动阻尼器 3.3.电磁灶电磁灶 应用：应用：4.4.电磁感

4、应加热抽真空电磁感应加热抽真空上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 高频感应炉高频感应炉：利用金利用金属块中产生的涡流所发出属块中产生的涡流所发出的热量使金属块熔化。具的热量使金属块熔化。具有加热速度快、温度均匀、有加热速度快、温度均匀、易控制、材料不受污染等易控制、材料不受污染等优点。优点。阻尼摆阻尼摆：在一些电磁仪表中，常利用在一些电磁仪表中，常利用电磁阻尼电磁阻尼使摆动的指针迅速地停止在平衡位置上。电镀表中使摆动的指针迅速地停止在平衡位置上。电镀表中的制动铝盘，也利用了电磁阻尼效应。电气火车的的制动铝盘，也利用了电磁阻尼效应。电气火车的电磁制动器等

5、也都是根据电磁阻尼的原理设计的。电磁制动器等也都是根据电磁阻尼的原理设计的。上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出此时互感系数除和回路的形状、相对位置有关外，此时互感系数除和回路的形状、相对位置有关外，还和电流有关，且不再是常量。还和电流有关，且不再是常量。各回路各回路自感和互感自感和互感的关系的关系两线圈各自的自感为两线圈各自的自感为上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上式只适用于一个回路所产生的磁感应线全部穿过上式只适用于一个回路所产生的磁感应线全部穿过另一回路另一回路，一般情况下一般情况下K K 称为称为耦合因

6、数耦合因数互感的应用互感的应用变压器、变压器、感应圈感应圈上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出形状规则回路系互感的计算形状规则回路系互感的计算例例一密绕的螺绕环，单位长度的匝数为一密绕的螺绕环，单位长度的匝数为n=2000m-1,环环的面积为的面积为S=10cm2,另有一另有一N=10=10匝的小线圈绕在环上，匝的小线圈绕在环上，如图所示如图所示.(1.(1）求两个环间的互感；（）求两个环间的互感；（2 2）当螺绕环中）当螺绕环中的电流变化率为的电流变化率为dI/dt=10A/s时，求在小线圈中产生的时，求在小线圈中产生的互感电动势的大小。互感电动势的大

7、小。解：解：（1 1）设螺绕环中通有电流）设螺绕环中通有电流I,则则螺绕环中磁感应强度大小为螺绕环中磁感应强度大小为通过螺绕环上各匝线圈的磁通量通过螺绕环上各匝线圈的磁通量等于通过小线圈各匝的磁通量，等于通过小线圈各匝的磁通量，所以，通过所以，通过N匝小线圈的磁链为匝小线圈的磁链为上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出根据互感的定义可得螺绕环与小线圈间的互感为根据互感的定义可得螺绕环与小线圈间的互感为（2 2）小线圈中的产生的互感电动势为）小线圈中的产生的互感电动势为上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出例例 如图所示

8、。两只水平放置的同心圆线圈如图所示。两只水平放置的同心圆线圈1 1和和2 2，半径分别为半径分别为r 和和R，R r,已知小线圈已知小线圈1 1内通有电内通有电流流I1=I0cost,求在大求在大线线圈圈2 2上上产产生的感生的感应电动势应电动势。解：解：由于小线圈通电流后在由于小线圈通电流后在大线圈平面内产生的磁场大线圈平面内产生的磁场是是不均匀的磁场不均匀的磁场，因此很，因此很难求得通过大线圈的磁通难求得通过大线圈的磁通量，不能应用法拉第电磁量，不能应用法拉第电磁感应定律求得大线圈上的感应定律求得大线圈上的感应电动势。如感应电动势。如能求出两能求出两线圈的互感系数则可以求线圈的互感系数则可

9、以求出互感电动势出互感电动势。但基于和上面同样的原因，但基于和上面同样的原因，以小线圈通有电流来计算以小线圈通有电流来计算互感系数是困难的。互感系数是困难的。由于由于两线圈互感系数是相同的两线圈互感系数是相同的，可通过假设线圈可通过假设线圈2 2通有电流通有电流I2来计算互感。来计算互感。上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出假设线圈假设线圈2 2通有电流通有电流I2,则线圈中心磁场为则线圈中心磁场为由于由于Rr,小小线圈面圈面积内磁内磁场可看作是均匀的，大可看作是均匀的，大小即小即为线圈中心的磁感圈中心的磁感应强度大小。度大小。则穿穿过小小线圈圈平面内的

10、磁通量平面内的磁通量为所以，在大线圈中感应电动势为所以，在大线圈中感应电动势为上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出=M2H=n2I2l0N2 2I22B02H=lN2 2I2.B dS=2B S0=lN2 2I2SN112=N1 1=120NI2S2l=12N10NS2l2lIlN2 2N1 1S0212212B2HN、补例补例 有两个直长螺线管，它们绕在同一个有两个直长螺线管，它们绕在同一个圆柱面上圆柱面上10NS2l已知：已知：。求：互感系数求：互感系数、上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出=M=02B=lN2

11、 2I2.B dS=2B S0=lN2 2I2S=12N10NS2l20n1n2VlIlN2 2N1 1S0212212BN、补例补例 有两个直长螺线管，它们绕在同一个有两个直长螺线管，它们绕在同一个圆柱面上圆柱面上10NS2l已知：已知：。求：互感系数求：互感系数、N112=N1 1=120NI2S2l上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出K=M0n1n2V=L0n1V12=L0n2V22=ML1L2=ML1L2K 10.称称K 为耦合系数为耦合系数 耦合系数的大小反映了两个回路磁场耦耦合系数的大小反映了两个回路磁场耦合松紧的程度。由于在一般情况下都有合松紧的程度。由于在一般情况下都有漏磁漏磁通通，所以耦合系数小于一。，所以耦合系数小于一。在此例中，线圈在此例中，线圈1的磁通量全部通过线圈的磁通量全部通过线圈2，称为称为无无磁漏磁漏。在一般情况下：在一般情况下：