2021-2022學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：磁場(chǎng)能量和渦流和趨膚效應(yīng)

1、磁場(chǎng)能量和渦流和趨膚效應(yīng)123一、渦流 (eddy current) 當(dāng)大塊導(dǎo)體處于變化的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生呈渦旋狀感應(yīng)電流，渦電流，簡(jiǎn)稱渦流。 由于導(dǎo)體電阻很小渦流強(qiáng)度會(huì)很大，有大量的 能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，造成能量的損失稱為渦流損耗。 I4抑制渦流：鐵芯做成片狀，涂敷絕緣材料，鐵芯片盡量做薄，使用電阻率很大的鐵氧體芯。 5利用渦流：熔煉金屬; 真空熔煉和提純；電磁驅(qū)動(dòng)或電磁阻尼。 6二、趨膚效應(yīng) (skin effect ) 當(dāng)交變電流通過導(dǎo)線時(shí)，電流密度在導(dǎo)線橫截面上的分布是不均勻的，并隨著電流變化頻率的升高，電流將越來越集中于導(dǎo)線的表面附近，導(dǎo)線內(nèi)部的電流卻越來越小的現(xiàn)象

2、稱為趨膚效應(yīng)。 7引起趨膚效應(yīng)的原因就是渦流。 渦流i的方向在導(dǎo)體內(nèi)部總與電流I變化趨勢(shì)相反，阻礙 I 變化，在導(dǎo)體表面附近，卻與 I 變化趨勢(shì)相同。 I B i i 交變電流不易在導(dǎo)體內(nèi)部流動(dòng)，而易于在導(dǎo)體表面附近流動(dòng)，形成趨膚效應(yīng)。8 由于趨膚效應(yīng)的產(chǎn)生，使導(dǎo)線通過交變電流的有效截面積減小了，導(dǎo)線的電阻增大了。 應(yīng)用: 金屬表面熱處理。高頻強(qiáng)電流通過金屬導(dǎo)體，由于趨膚效應(yīng)，導(dǎo)體表面溫度上升，當(dāng)升至淬火溫度時(shí)，迅速冷卻，使表面硬度增大。而導(dǎo)體內(nèi)部的溫度還遠(yuǎn)低于淬火溫度，在迅速冷卻后仍保持韌性。這種熱處理方法稱為表面淬火。 改善方法：一是采用相互絕緣的細(xì)導(dǎo)線束來代替總截面積與其相等的實(shí)心導(dǎo)線，

3、實(shí)際上是抑制渦流；另一種方法是在導(dǎo)線表面鍍銀, 實(shí)際上是降低導(dǎo)線表面的電阻率。9整個(gè)磁場(chǎng)的能量為 :對(duì)于各向同性的順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)，B=0rH = H 如果螺線管磁芯是用各向同性的順磁質(zhì)或抗磁質(zhì)做成的，當(dāng)電流達(dá)到穩(wěn)定值I 時(shí)，磁場(chǎng)能量為 因螺線管的自感可表示為 L = n 2 l S 磁場(chǎng)能量是由自感產(chǎn)生的，稱為自感磁能 電磁場(chǎng)的能量密度 電磁場(chǎng)的總能量 10磁場(chǎng)能量也只儲(chǔ)存在兩圓筒導(dǎo)體之間的磁介質(zhì)中 同軸電纜的磁場(chǎng)只存在于兩圓筒狀導(dǎo)體之間的磁介質(zhì)內(nèi)，例1：同軸電纜兩半徑分為R1和R2，充滿磁導(dǎo)率為的磁介質(zhì)，內(nèi)、外圓筒通有反向電流I。求單位長(zhǎng)度電纜的磁場(chǎng)能量和自感系數(shù)。磁場(chǎng)能量密度為 解: 由安培環(huán)路定理可知11電纜自感只決定于自身結(jié)構(gòu)和所充磁