涡流 电磁阻尼和电磁驱动

涡流电磁阻尼和电磁驱动第1页，课件共50页，创作于2023年2月

涡流在实际生活中有许多应用，比如：发电机、电动机和变压器等。当然涡流也有利和弊两个方面，我们如何去加以利用？如何去防止呢？这节课我们就学习这方面的知识第2页，课件共50页，创作于2023年2月第七节涡流电磁阻尼和电磁驱动第3页，课件共50页，创作于2023年2月1.知识与技能知道涡流是如何产生的。知道涡流的利与弊，以及如何利用和防止涡流。

教学目标第4页，课件共50页，创作于2023年2月2.过程与方法

用实验的方法引入新课激发学生的求知欲。通过旧知识分析新问题弄清涡流的产生原因。利用理论联系实际的方法加深理解涡流。第5页，课件共50页，创作于2023年2月3.情感态度与价值观体验实验的乐趣，引发学生去分析问题，解决问题，提高其学习掌握知识的能力。通过理论与实际相结合，提高学习情趣，培养其用理论知识解决实际问题的能力。第6页，课件共50页，创作于2023年2月教学重、难点教学重点涡流的产生原因和涡流的作用。

教学难点涡流的产生原因。第7页，课件共50页，创作于2023年2月1.涡流2.电磁阻尼

3.电磁驱动

本节导航第8页，课件共50页，创作于2023年2月1.涡流第9页，课件共50页，创作于2023年2月

前面我们讲过，根据麦克斯韦电磁场理论，当如右图所示的磁场变化时，导体中的自由电子就会在此电场力的作用下定向移动从而产生感应电流，这种感应电流是像旋涡一样的闭合的曲线，我们把它叫涡电流。BE第10页，课件共50页，创作于2023年2月定义

变压器在工作时，除了在原、副线圈产生感应电动势外，变化的磁通量也会在铁芯中产生感应电流。

一般来说，只要空间有变化的磁通量，其中的导体就会产生感应电流，我们把这种感应电流叫做涡流。第11页，课件共50页，创作于2023年2月定义由来实验1：如图线圈接入220V交变电源，块状铁芯插入线圈中，让一名学生感知铁芯的变化。第12页，课件共50页，创作于2023年2月

现象：几分钟后学生感到铁芯变热。解释：原来把块状的金属放在变化的磁场中或让它在磁场中运动时，金属块内将产生感应电流，这种电流在金属块内自成闭合电路，很像水的漩涡，因此叫做涡电流，简称涡流。第13页，课件共50页，创作于2023年2月注意

（1）金属块中的涡流也要产生热量,如果金属的电阻率小，则涡流很强，产生的热量也很多。

（2）涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵守电磁感应定律。由于整块金属的电阻通常很小，故涡流常常很大。

（3）涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵守电磁感应定律！第14页，课件共50页，创作于2023年2月应用（1）真空冶炼炉，高频焊接

冶炼金属的高频感应电炉就是利用高频交流电，通过线圈使装入冶炼炉内的金属中产生很强的涡流，从而产生大量的热使金属熔化。抽真空第15页，课件共50页，创作于2023年2月焊接原理：

线圈中通以高频交流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，由于焊接缝处的接触电阻很大，放出的焦耳热很多，致使温度升得很高，将金属熔化，焊接在一起.电源焊接处待焊接元件线圈导线第16页，课件共50页，创作于2023年2月

，

交变电流的频率越高，它产生的磁场的变化就越快，根据法拉第电磁感应定律，在待焊接工件中产生的感应电动势就越大，感应电流就越大.而放出的电热与电流的平方成正比，所以交变电流的频率越高焊接处放出的热量越多.第17页，课件共50页，创作于2023年2月生活中的物理：电磁灶的工作原理

电磁灶的台面下布满了金属导线缠绕的线圈，当通上交替变化极快的交流电时，在台板与铁锅底之间产生强大的交变的磁场，磁感线穿过锅体，使锅底产生强涡流，当涡流受材料电阻的阻碍时，就放出大量的热量，将饭菜煮熟。第18页，课件共50页，创作于2023年2月（2）探雷器自制金属探测器

这种探雷器可以用来探测金属壳的地雷或有较大金属零件的地雷。第19页，课件共50页，创作于2023年2月

探测地雷的探雷器是利用涡流工作的，士兵手持一个长柄线圈在地面上扫过，线圈中有变化的电流。探雷器是利用涡流制成的探雷器第20页，课件共50页，创作于2023年2月

如果地下埋着金属物品，金属中感应涡流，涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警。探雷器第21页，课件共50页，创作于2023年2月（3）安检门门框~交流电报警电路线圈

机场的安检门可以探测人身携带的金属物品，道理和探雷器是一样的。第22页，课件共50页，创作于2023年2月其它应用

新型炉灶——电磁炉。金属探测器：飞机场、火车站安全检查、扫雷、探矿。电磁炉第23页，课件共50页，创作于2023年2月危害

导体在产生涡流的过程中，涡流也会产生热量这样的话会造成很多的能源浪费，还可能烧坏电器！（例如在电动机和变压器里面）问题：里面铁芯的作用？第24页，课件共50页，创作于2023年2月

变压器、电机的铁芯都不是整块金属，而是由许多相互绝缘的电阻率很大的薄硅钢片叠合而成的，以减少涡流和电能的损耗，同时避免破坏绝缘层。铁芯的作用用硅钢片做变压器的铁芯第25页，课件共50页，创作于2023年2月防止

原因：上面的实验中，把块状铁芯换成硅钢片铁芯，再接通电源，几分钟后，通过学生感知，温度没有明显变化。第26页，课件共50页，创作于2023年2月

解释：涂有绝缘的薄硅钢片叠加的铁芯，在变化的磁场中，产生的涡流被限制在狭窄的薄片之内，回路的电阻很大，涡流大为减弱，又因为硅钢片比普通的电阻大，可以进一步减小涡流损失，电动机和变压器的铁芯都不是整块金属。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。第27页，课件共50页，创作于2023年2月（1）增大铁芯材料的电阻率,常用的材料是硅钢。减少涡流的途径第28页，课件共50页，创作于2023年2月

（2）用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。第29页，课件共50页，创作于2023年2月知识拓展涡流损耗

导体在非均匀磁场中移动或处在随时间变化的磁场中时，因涡流而导致能量损耗称为涡流损耗。

涡流损耗的大小与磁场的变化方式、导体的运动、导体的几何形状、导体的磁导率和电导率等因素有关。涡流损耗的计算需根据导体中的电磁场的方程式，结合具体问题的上述诸因素进行。第30页，课件共50页，创作于2023年2月涡流检测

涡流检测适用于导电材料探伤，常见的金属材料可分为两大类：非铁磁性材料和铁磁性材料。后者为铜、铝、钛及其合金和奥氏体不锈钢；前者为钢、铁及其合金。它们的本质差别是材质磁导率μ约为1或远大于1

。在发电厂，除復水器等少量管道使用铜、钛、奥氏体不锈钢非铁磁性材料外，大量管道都采用钢管等铁磁性材料，典型的应用有省煤器、水冷壁等。第31页，课件共50页，创作于2023年2月新型技术脉冲涡流检测

原理：脉冲涡流通常是以一定占空比的方波作为激励信号施加于初级线圈，当载有方波电信号的初级线圈接近导电材料或试件时，在导体中感应产生瞬变的涡流和再生磁场。瞬时涡流的大小、衰减状况与导体的电磁特性、几何形状及耦合状况相关，次级线圈（或电磁传感器）接收到的涡流再生磁场包含有被检测对象导电率、磁导率及形状尺寸的相关信息，据此可实现脉冲涡流的检测与评价。第32页，课件共50页，创作于2023年2月原理图：第33页，课件共50页，创作于2023年2月2.电磁阻尼第34页，课件共50页，创作于2023年2月分析电表线圈骨架的作用

如图（图一）所示，一个单匝线圈落入磁场中，分析它在图示位置时感应电流的方向和所受安培力的方向，安培力对线圈的运动有什么影响？图一第35页，课件共50页，创作于2023年2月

磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上（图二）。假定仪表工作时指针向右转动，铝框中感应电流沿什么方向？由于铝框转动时其中有感应电流，铝框要受到安培力。安培力是沿什么方向的？安培力对铝框的转动产生什么影响？使用铝框做线圈骨架有什么好处？图二第36页，课件共50页，创作于2023年2月

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。第37页，课件共50页，创作于2023年2月讨论:(1)为什么用铝框做线圈骨架？V第38页，课件共50页，创作于2023年2月

(2)微安表的表头在运输时为何应该把两个接线柱连在一起？连接两个接线柱的导线第39页，课件共50页，创作于2023年2月3.电磁驱动第40页，课件共50页，创作于2023年2月

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。第41页，课件共50页，创作于2023年2月

交流感应电动机就是利用电磁驱动的原理工作的。连接到三相电源时能产生旋转的磁场一种交流感应电动机的结构第42页，课件共50页，创作于2023年2月动画：涡流第43页，课件共50页，创作于2023年2月动画：电磁阻尼摆第44页，课件共50页，创作于2023年2月动画：阻尼电子仪器第45页，课件共50页，创作于2023年2月课堂小结1.块状金属放在变化磁场中，或者让它在磁场中运动时，金属块内产生的感应电流叫涡流。

2.涡流的防止①增大铁芯材料的电阻率,常用的材料是硅钢。②用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。

3.涡流的利用①真空冶炼炉，高频焊接②探雷器和安检门都是利用涡流制成的③电磁灶第46页，课件共50页，创作于2023年2月课堂练习1.用来冶炼合金钢的真空__________

，炉外有_________

，线圈中通入___________________电流，炉内的金属中产生______________

．涡流产生的________使金属熔化并达到很高的温度。

2.利用涡流冶炼金属的优点是整个过程能在__________中进行，这样就能防止__________________进入金属，可以冶炼高质量的__________

。冶炼炉线圈周期性变化的涡流热量真空空气中的杂质合金第47页，课件共50页，创作于2023年2月3.同样大小的整块金属和叠合的硅钢片铁芯放在同一变化的磁场中相比较（）

A金属块中的涡流较大，热功率也较大

B硅钢片中涡流较大，热功率也较大

C金属块中涡流较大，硅钢片中热功率较大

D硅钢片中涡流较大，金属块中热功率较大A第48页，课件共50页，创作于2023年2月课后习题答案1.解答：当铜盘在磁极间运动时，由于发生电磁感应现象在铜盘中产生感应电流，使铜盘受到安培力作用，而安培力方向阻碍导体的运动，所以铜盘很快就停了下来。

2.解答：当条形磁铁的N极靠近线圈时，线圈中向下的磁通量增加，根据楞次定律可得，线圈中感应电流的磁场应该向上，再根据右手螺旋定则，判断出线圈中的感应电流的方向为逆时针方向（自上而下看）。感应电流的磁场对条形磁铁N