高中物理 第一章 电磁感应 第八节 涡流现象及其应用素材 粤教版选修3-2（通用） 3页

第八节 涡流现象及其应用 ‎ ‎【思维激活】‎ 电磁灶是利用电磁感应引起的涡流加热的原理来工作的，它主要是由感应加热线圈、灶台台板和烹饪锅等组成，如图所示。电磁灶的台面下布满了线圈，当通过中频交流电时，在台板和铁锅之间产生交变磁场，磁感应穿过锅体，产生感应电流——涡流，这种感应电流在金属锅体中产生热效应，从而达到加热和烹饪食物的目的，下列哪些因素可导致加热效果差？‎ 提示：涡流与磁通量的变化率有关，变化率越大产生的感应电动势越大，即交流电的频率越高，涡流的效果就越明显；底面积越大，导面性能越好的锅，涡流的效果会越明显。‎ ‎【自主整理】‎ ‎1.涡流：用整块金属材料做铁芯绕制的线圈，当线圈中通有变化的电流时，变化的电流会产生变化的磁场，变化的磁场穿过线圈，整个铁芯会自成回路，产生涡流，这种电流看起来像水的漩涡，把这种电流叫做涡电流，简称涡流.‎ ‎2.电磁阻尼：当导体在磁场中运动时，如导体中出现涡流，即感应电流，感应电流会受到安培力作用，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象叫做电磁阻尼.‎ ‎3.电磁驱动：如果磁场相对于导体运动，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，安培力使导体转动起来.这种现象就是电磁驱动.‎ ‎4.电磁阻尼和电磁驱动的原理就是楞次定律中所叙述的，感应电流的出现，总是要阻碍它们之间的相对运动.就是导体与磁场间的相对运动.‎ ‎【高手笔记】‎ 在一根导体外面绕上线圈，并把线圈通交流电，那么线圈就产生交变磁场。由于线圈中间的导体在圆周方向是可以等效成一圈圈的闭合回路，所以在导体的圆周方向会产生感应电流，电流的方向沿导体的圆周方向转圈，就像一圈圈的漩涡，所以这种情况下产生的感应电流被称为涡流。导体的外周长越长，交变磁场的频率越高，涡流就越大。‎ ‎【名师解惑】‎ 如何理解涡流的概念及其利用？‎ 涡流：“涡电流”的简称，也称为“傅科电流”。迅速变化的磁场在导体（包括半导体）内，引起的感应电流，其流动的路线呈漩涡形，故称“涡流”。磁场变化越快，感应电动势越大，因而涡流也就越强。涡流能使导体发热。在磁场发生变化的装置中，往往把导体分成一组相互绝缘的薄片（如变压器的铁芯）或一束细条（如感应圈的铁芯），以减低涡流强度，从而减少能量损耗。但在需要产生高温时，又可利用涡流来取得热量，高频电炉就是根据这一原理设计的。由于多数金属的电阻很小，因此不大的感应电动势往往可以在整块金属内部激起强大的涡流。当一个铁芯线圈通过交变电流时在铁芯内部激起涡流。它和普通电流一样要放出焦耳热。利用涡流的热效应进行加热的方法叫做感应加热。冶炼金属用的高频感应炉就是感应加热的一个重要例子。涡流的热效应对变压器和电机的运行极为不利。首先，它会导致铁心温度升高，从而危及线圈绝缘材料的寿命，严重时可使绝缘材料当即烧毁。其次，涡流发热要损耗额外的能量（叫做“涡流损耗”）使变压器和电机的效率降低。为了减小涡流，变压器和电机的铁芯都不用整块钢铁而用很薄的硅钢片叠压而成。‎ ‎【讲练互动】‎ 例1.磁电式仪表的线圈通常用铝框作骨架，把线圈绕在铝框上，这样做的目的是（ ）‎ A.防止涡流而设计的 B.利用涡流而设计的 C.起电磁阻尼的作用 D.起电磁驱动的作用 解析：线圈通电后，在安培力作用下发生转动，铝框随之转动，并切割磁感线产生感应电流，就是涡流.涡流阻碍线圈的转动，使线圈偏转后尽快停下来.所以，这样做的目的是利用涡流来起电磁阻尼的作用.‎ 答案：BC ‎【变式训练】‎ ‎1.下列实例中属于利用涡流的是（ ）‎ A.电磁阻尼装置 B.变压器的铁芯用薄硅钢片叠合而成 C.金属工件的高频焊接 D.在日光灯电路中镇流器的线圈中加入铁芯 答案：AC ‎【体验探究】‎ 问题：探究感应加热 随着科技的不断发展和生活水平的逐步提高，在工农业生产和日常生活中的加热方式也发生了变化，请你做一次调查研究，对比感应加热和其它加热方式的不同？‎ ‎【导思】通过实地调查和查阅资料等途径，了解感应加热的原理和应用。‎ ‎【探究】（1）查阅高频感应炉、高频交流焊接有关资料，了解其原理。‎ ‎（2）实地调查电磁灶的原理及应用 ‎（3）感应加热有哪些优点和缺点