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8 涡流、电磁阻尼和电磁驱动_第2课时

免费读1264字2024-07-22

  老师:同学们大家好,这一节课我们继续来学习电磁阻尼和电磁驱动的内容。请看图。一个单扎线圈落入磁场中,请判断在图示位置感应电流的方向和所受安培力的方向,以及安培力对线圈的运动有什么样的影响。线框向下切割磁感线,产生感应电流,感应电流的方向可以用右手定则来判断,再用左手定则判断安培力的方向,可以发现左右手的四指指向是相同的。但是由于左右手的对称性,安培力的方向往往和线圈运动方向相反,所以对线圈的运动起到了阻碍的作用。如果线框正离开磁场,我们再判断一次,结果并无不同。如果磁场方向是垂直于屏幕向外的,安培力还是会阻碍线旷运动,像这些例子展现的,当导体在磁场中运动时,感应电流会使导体受到安培力的作用,安培力总是阻碍导体的运动,这就是电磁阻尼。从能量转化的角度讲,安培力对导体做负功,减少了导体的机械能,同时导体中出现了电流,所以机械能被转化为电能。

  老师:我们来看几个实际应用的例子。当我们打开包装,取出崭新的灵敏电流计时,发现灵敏电流计的两个接线柱总是连在一起的,这是为什么呢?要了解这个问题,我们要先来复习一下磁电式电表的内部结构。这是一个演示用磁电式电表的核心装置,红色的部分,其作用是使中心的区域存在浮向磁场,我们主要来看这个部分,它的中央是一个铁质圆柱,线圈绕在铝框上,就是图中绿色的部分。给电表通电时,线圈受磁场的安培力作用,带动指针发生偏转,线框和固定底座通过螺旋弹簧来连接。为了明确螺旋弹簧的作用,我们试着轻轻地拨动指针。

  老师:我们发现线圈转动时,螺旋弹簧发生形变,反抗线圈的转动安培力越大,弹簧形变越大,最终使线圈平衡,指针稳定在某一位置上。回到我们研究的问题,在运输过程中,线圈中没有通电,不会有安培力使线圈转动,但是路上不免有所颠簸,指针就会随之摆动。若指针摆动幅度过大,可能会损坏电表,所以我们需要减小指针摆动的幅度,方法就是利用电磁阻尼现象,在摆动过程中,线圈会切割磁杆线,某时刻的速度方向如图所示,若两个接线柱并不连接,线圈没有闭合,这时候并不会产生感应电流。把接线柱连接起来就会产生感应电流了。我们根据右手定则分别判断线框两侧切割磁感线产生的感应电流的方向。

  老师:可以看出左右两侧产生的感应电流在回路中的绕向是相同的,所以两个感应电流叠加之后,电流的方向正如我们图中画的一样,现在在用左手定则判断安培力方向,线圈所受安培力阻碍线圈的转动,所以在运输的颠簸中,接线柱连在一起的电表指针摆动幅度会减小,电表损坏的概率也会降低。我们来看一个演示视频,再问一个问题,为什么线圈要缠绕在铝框上,能不能用非金属代替?为了说明这个问题,我们还是先看一个小的演示。

  老师:在这个视频中,在线框上挂上一段铁丝,模拟线框受到安培力作用而发生偏转,在弹簧的作用下,指针和线圈经过了几次振动才停下来。那么当通电线圈受到安培力作用时,指针应该也会摆动若干次才会稳定。指,在

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