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下面我们简要地再介绍下
涡电流
大块导体处于变化的磁场
或者在磁场中运动的时候
导体中的感应电流呈涡旋状
称为涡电流或者叫涡流
涡流有热效应
因为涡流是电流
和普通电流一样要产生焦耳热
这个叫做涡流的热效应
涡流还有机械效应
因为导体在磁场中运动的时候
涡流作为电流又受到安培力的作用
按照楞次定律
这个安培力将阻碍该导体的运动
产生机械效应
下面看几个视频
一个是电磁灶和变压器的铁芯
一个是电磁驱动
一个是涡流阻尼摆
电磁灶是一种现代新型的灶具
为了说明它的特性
我们先放上一张纸
再放上盛有冷水的平底锅
通电以后我们可以看到
水很快的开了
而纸则安然无恙
电磁灶为什么有如此神奇的性能呢
我们打开灶盖就可以看到一盘线圈
当高频电流通过此线圈时
锅的底部产生变化的磁场
引起了涡流
从而产生焦耳热
电磁灶就是利用这些热量
来对食物进行烹调的
为什么变压器的铁芯
要用片状硅钢片叠制而成呢
如果铁芯是一个整块磁铁材料
它处于交变磁场中
在内部会引起很大的感应电流
这种呈涡旋状的电流称为涡流
涡流在铁芯内部产生有害的焦耳热
使铁芯温度升高
破坏线圈的绝缘
为了减小铁芯的涡流热效应
在垂直于涡流流通的方向上
将铁芯分割成片状
并对各片之间做绝缘处理
从而增大电阻 减小涡流发热
电磁驱动
该实验用来演示
由于电磁感应产生的电磁驱动现象
弹簧下悬挂圆柱形永磁铁
用一铝环套住它上下移动
磁铁也随之上下振动
再用一铝盘水平移动
磁铁也随之水平摆动
涡流阻尼摆
本实验演示涡流的机械效应
不通电时阻尼摆在两磁极间
做自由摆动
通电后两磁极间产生很强的磁场
可见摆动迅速停止
换上非阻尼摆
由于上面的隔槽使蜗电流减少
阻尼作用不明显
我们再看 交变电流流过导体的时候
变化的电磁场在导体中引起涡流
而变化的涡流又反过来
激发变化的电磁场
这样互相影响就使交变电流
在导线横截面上不再均匀分布了
而是向导线表面集中
这称为趋肤效应
我们看这个图
纵坐标代表电流密度的有效值
横坐标代表半径
f代表频率
频率等于0就是直流的时候
电流在横截面上均匀分布
频率是1kHz
是这个曲线
当频率达到100kHz的时候
电流密度的有效值是这样的
基本都趋近于边缘分布
这个叫趋肤效应
关于趋肤效应
用普通物理的方法很难解释
要用到电动力学的基本概念
电流变化的频率越高
趋肤效应越明显越强
在高频情况下
可以认为电流只是在导线表面流动
在导线很薄的一层中流过
所以在高频电流中
往往采用空心导线
来代替实心导线
这个叫波导管
趋肤效应减少了导线的截面
增加了电阻
所以在高频电路中
一般采用多股的编织导线
把导线编织在一起
减少电阻
另外利用趋肤效应
可以对金属进行表面淬火等等
下面我们演示趋肤效应
大家看 这是两个铜棒
这两个灯泡并联
其中下面的灯泡
与两个铜棒的表面连接
上面灯泡与两个铜棒的中间连接
如果我加直流的话
我们装上电池
大家看
这时候两个灯泡都亮
这说明加直流的时候
铜棒的载面上均匀流过电流
如果通过的是高频电流
这是高频电磁波发射装置
只有下面灯泡亮了
连在铜棒中间的灯泡不亮
这说明高频电流
只能流过导体的表面
这就是趋肤效应
好 这一节就讨论这么多
谢谢
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--引言
--电荷
--库仑定律
-WEEK1--电荷和库仑定律
-电场及叠加原理,电偶极子
--电场和电场强度
-WEEK1--电场及叠加原理,电偶极子
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--电通量
--立体角*
--高斯定律的证明*
--高斯定律和电场线
--高斯定律的应用
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--环路定理
--电势和叠加原理
--电势梯度
--等势面
-WEEK2--静电场环路定理、电势和叠加原理
-静电能
--电荷系静电能
-WEEK2--静电能
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--物质中电场
--导体静电平衡
-WEEK2--导体静电平衡
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-WEEK3--导体周围电场
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