高中物理 | 4.7涡流，电磁阻尼和电磁驱动详解

涡流

当线圈中的电流随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，电流在导体内形成闭合回路，很像水的旋涡，把它叫做涡电流，简称涡流。

特点

整块金属的电阻很小，涡流往往很大。

产生机理

处在磁场中的导体，只要磁场变化就会引起导体中的磁通量的变化，导体中就有感应电动势，这一电动势在导体内部构成回路。

导体内就有感应电流，因为这种电流像水中的旋涡，所以称为涡流。在大块的金属内部，由于金属块的电阻很小，所以涡电流很大，能够产生很大的热量。严格地说，在变化的磁场中的一切导体内都有涡流产生，只是涡电流的大小有区别，所以一些微弱的涡电流就被我们忽视了。

应用

热效应

磁效应

减少涡流的途径

① 增大铁芯材料的电阻率，常用的材料是硅钢。   

② 用互相绝缘的的硅钢片叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯。

电磁阻尼

当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。

电磁阻尼是导体相对磁场运动时，感应电流使导体受到的安培力总是阻碍它们的相对运动，利用安培力阻碍导体与磁场间的相对运动就是电磁阻尼。

磁电式仪表的指针能够很快停下，就是利用了电磁阻尼。“磁悬浮列车利用涡流减速”其实也是一种电磁阻尼。

电磁驱动

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作用，安培力使导体运动，这种作用称为电磁驱动。

电磁驱动是磁场相对导体运动时，安培力的方向和运动方向相同，使导体随磁场运动。

当磁场以某种方式运动时(例如磁场转动)，导体中的安培力阻碍导体与磁场间的相对运动而使导体跟着磁场动起来(跟着转动)，这就是电磁驱动。

习题演练

1.著名物理学家弗曼曾设计过一个实验，如图所示.在一块绝缘板上中部安一个线圈，并接有电源，板的四周有许多带负电的小球，整个装置支撑起来.忽略各处的摩擦，当电源接通的瞬间下列关于圆盘的说法中，正确的是(　　)

A.圆盘将逆时针转动
B.圆盘将顺时针转动 
C.圆盘不会转动
D.无法确定圆盘是否会动

2. 如图所示，一闭合金属圆环用绝缘细线挂于O点，将圆环拉离平衡位置并释放，圆环摆动过程中经过有界的水平匀强磁场区域，A、B为该磁场的竖直边界.若不计空气阻力，则(　　)

A.圆环向右穿过磁场后，还能摆至原来的高度
B.在进入和离开磁场时，圆环中均有感应电流
C.圆环进入磁场后离平衡位置越近速度越大，感应电流也越大
D.圆环最终将静止在平衡位置

习题解析

1. A  

瞬间增强的磁场会在周围产生一个顺时针的旋涡电场，负电荷受到逆时针方向的电场力，带动圆盘逆时针转动，而负电荷的这种定向运动则形成了顺时针的环形电流，故选项A正确.

2. B

当圆环从1位置开始下落，进入和摆出磁场和摆出磁场时(即2位置和3位置)，由于有磁通量变化，圆环上产生感应电流，消耗机械能，选项A错B正确；由于金属圆环自身存在内阻，所以必然有热量产生(即有能量损失)，因此，圆环不会再摆到4位置，选项A错误；当圆环进入磁场后，穿过环内的磁通量不再发生变化，无感应电流产生，故线圈在磁场区域来回摆动，选项CD错误。

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