电磁感应现象及其应用
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电磁感应现象及其应用电磁感应是一种物理现象,它描述了磁场对电流产生的影响。
这个现象的重要性远远超出我们的想象。
从电动机到发电机、从变压器到无线充电,电磁感应已经渗透到了我们生活中的方方面面。
当磁场与导体的运动相互作用时,电磁感应就会发生。
最早对电磁感应的研究可以追溯到19世纪初。
当时,迈克尔·法拉第发现,当导体相对于磁场移动时,会在导体中产生电流。
这个原理今天被广泛应用在各种设备中。
电动机就是一个很好的例子。
电动机的工作原理就是利用电磁感应现象来将电能转变为机械能。
当通电的导线在磁场中运动时,由于电流的存在,导线会受到力的作用。
这个力导致导线开始旋转,从而驱动电动机的运转。
电动机广泛应用于工厂、汽车和家用电器等领域。
另一个常见的应用是发电机。
发电机的工作原理与电动机相反。
当导体在磁场中运动时,电磁感应现象会导致导体中的电子流动,从而产生电流。
这个电流可以被用来驱动灯泡、电器和电力系统。
发电机是发电厂的核心设备,它们产生了我们所依赖的电力。
变压器是电磁感应的另一个重要应用。
它通过电磁感应现象的原理将电能从一个电路传输到另一个电路。
当变压器的输入线圈通电时,通过磁场的作用,导线中就会产生电流。
这个电流会导致磁场发生变化,从而在另一个线圈中感应出电压。
变压器的广泛应用使得电力能够高效地传输和分配。
除了这些日常应用,电磁感应还有一些其他有趣的应用。
无线充电就是其中之一。
当我们将手机放在充电座上时,手机内部的线圈会与充电座中的线圈相互感应,从而将电能传输到手机中。
这种无线充电技术正在被越来越多的设备采用,为我们提供了更多便捷和灵活的充电方式。
另一个有趣的应用是金属探测器。
金属探测器是利用电磁感应来探测金属物体的仪器。
当金属物体进入金属探测器的感应区时,金属物体的存在会改变感应区中的电磁场分布,从而产生检测信号。
这个原理被广泛应用于安全检查、考古学和贵金属探测等领域。
总之,电磁感应是一个重要的物理现象,它在我们的生活中发挥着重要的作用。
电磁感应的原理及应用电磁感应是电磁学中的一个基本概念,它描述了电流在电磁场中引起的电磁现象。
本文将介绍电磁感应的原理,并探讨一些实际应用。
一、电磁感应的原理电磁感应是指通过磁场的变化引起的电场的变化,或者通过电场的变化引起的磁场的变化。
据法拉第电磁感应定律,当导体中的磁通量发生变化时,将会在导体两端产生感应电动势。
电磁感应的原理可以用以下公式表示:ε = -dΦ/dt其中,ε表示感应电动势,Φ表示磁通量,t表示时间。
二、电磁感应的应用1. 发电机发电机就是一种将机械能转化为电能的装置,其核心原理就是电磁感应。
通过不断旋转的磁场相对于线圈,可以产生感应电动势,从而生成电能。
发电机广泛应用于发电厂、风力发电、水力发电等领域。
2. 变压器变压器是通过电磁感应原理工作的电气设备,用于改变交流电的电压和电流大小。
它由两个线圈和铁芯组成。
当一个线圈中通电时,产生的磁场会感应另一个线圈中的感应电动势,从而实现电能的传输和变压。
变压器应用广泛,常见于电力输配电系统和各种电子设备。
3. 电感传感器电感传感器是一种利用电磁感应原理测量和监测物理量的装置。
通过将被测量物理量与电感耦合,使得物理量的变化能够引起感应电动势的变化。
在工业控制、环境监测、医疗设备等领域中,电感传感器被广泛应用于测量温度、压力、位移等。
4. 感应加热感应加热是利用电磁感应原理加热物体的一种方法。
通过在高频交流电源中通电产生的高频电磁场,感应加热可以快速加热金属物体。
这种加热方式操作简单、效率高,广泛应用于金属熔炼、淬火、电焊等领域。
5. 磁浮列车磁浮列车是一种基于电磁感应原理的交通工具。
通过在轨道上安装电磁线圈,产生的磁场与列车底部悬挂的磁体相互作用,实现悬浮和推动。
磁浮列车具有高速、无摩擦、低噪音等优势,被视为未来城市交通发展的方向。
6. 电磁炉电磁炉是一种利用电磁感应原理加热食物的厨房设备。
通过在炉底放置线圈,产生的高频电磁场能够感应加热锅底,从而实现快速加热。
13.3 电磁感应现象及应用知识点1:电磁感应现象及应用1、划时代的发现“电生磁”的发现:1820年,丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应。
“磁生电”的发现:1831年,英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象。
电磁感应:法拉第把由他发现的磁生电的现象叫做电磁感应。
感应电流:由电磁感应现象产生的电流。
2、产生感应电流的条件实验:探究感应电流产生的条件。
实验实验过程实验图例实验结论实验一导体棒AB做切割磁感线运动时,线路中有电流产生;当导体棒AB顺着磁感线运动时,线路中无电流产生。
导体棒做切割磁感线运动,回路的有效面积发生变化,从而引起了磁通量的变化,产生了感应电流。
实验二当条形磁体插入或拔出线圈时,线圈中有电流产生;当条形磁体在线圈中静止不动时,线圈中无电流产生。
磁体插入或拔出线圈时,线圈中的磁场发生变化,从而引起了磁通量的变化,产生了感应电流。
实验三将小线圈A插入大线圈B中不动,当开关S闭合或断开时,电流表中有电流通过;当开关S一直闭合,当改变滑动变阻器的阻值时,电流表中有电流通过;当开关S一直闭合,滑动变阻器的滑动触头不动时,电流表中无电流通过。
开关闭合、断开或滑动变阻器的滑动触头移动时,小线圈A中电流变化,从而引起穿过大线圈B的磁通量变化,产生了感应电流。
三个实验共同特点是:产生感应电流时闭合回路的磁通量都发生了变化。
产生感应电流的条件:当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时,闭合导体回路中就产生感应电流。
不论什么情况,只要满足电路闭合和磁通量发生变化这两个条件,就必然会产生感应电流;反之,只要产生了感应电流,那么电路一定是闭合的,且穿过该电路的磁通量也一定发生了变化。
磁通量的变化大致可分为以下几种情况:磁通量变化情况磁感应强度B不变,有效面积S发生变化面积S不变,磁感应强度B 发生变化磁感应强度B和面积S都不变,它们之间的夹角发生变化面积S变化,磁感应强度B 也变化电路闭合和磁通量发生变化是产生感应电流的两个条件,二者缺一不可。
电磁感应现象及应用电磁感应是指当导体中的电流发生变化时,会产生电磁感应现象。
这个现象是基于法拉第电磁感应定律而展开的,法拉第电磁感应定律规定了电磁感应的基本规律。
本文将探讨电磁感应现象的原理以及它在日常生活和工业领域中的应用。
一、电磁感应现象的原理电磁感应现象是由变化磁场产生的,根据法拉第电磁感应定律,当导体中的磁通量发生变化时,导体中就会产生感应电动势。
这个电动势的大小与磁通量变化的速率成正比。
根据法拉第电磁感应定律,可以写出以下的数学表达式:$\varepsilon =-\frac{d\Phi }{dt}$其中,$\varepsilon$代表感应电动势,$\Phi$代表磁通量,$dt$代表时间的微小变化量。
二、电磁感应现象的应用1.发电机发电机是利用电磁感应原理工作的设备。
通过旋转导体线圈在磁场中,可以产生感应电动势,进而产生电流。
这种电流可以用来驱动电器设备或者储存起来供日后使用。
2.变压器变压器也是应用了电磁感应原理的装置。
它通过交流电在一绕组中产生变化的磁场,进而在另一绕组中感应出电动势。
通过调整绕组的匝数比例,可以实现电压的升降。
3.感应炉感应炉是利用电磁感应加热的设备。
通过感应炉中的电磁线圈产生交变磁场,将导体置于磁场中,导体会受到感应电流的激发,从而发热加热。
感应炉的加热速度快、效率高,被广泛应用于冶金、机械加工等领域。
4.磁浮列车磁浮列车是利用电磁感应原理实现的高速交通工具。
磁浮列车在轨道上装有导体线圈,当电流通过线圈时,会产生磁场。
通过与轨道上的磁场相互作用,磁浮列车可以实现悬浮并且以高速行驶。
5.感应传感器感应传感器利用电磁感应原理检测物理量。
例如,磁感应传感器可以通过感应磁场变化来检测金属物体的接近或离开;温度传感器利用磁场和温度的关系来测量温度变化。
三、电磁感应的实际应用案例1.磁力发电磁力发电是一种利用电磁感应原理生成电力的方式。
通过将大型磁体与线圈结合起来,并利用风力或水力等能源使磁体旋转,可以产生电能供人们使用。
电磁感应现象及应用电磁感应是电磁学的一个重要现象,指的是当导体在磁场中运动时,会在导体内部产生电动势的现象。
这一发现不仅为物理学的发展奠定了基础,更为现代科技的各个领域带来了深远的影响。
本文将系统介绍电磁感应的基本原理、历史背景、实验验证及其在生活和工业中的广泛应用。
电磁感应的基本原理电磁感应现象可以通过法拉第电磁感应定律来描述。
该定律指出,在一个闭合回路中,由于穿过回路的磁通量发生变化,便会在回路中产生电动势。
电动势的大小与磁通量变化率成正比。
磁通量磁通量是指作用在某一面积上的磁场的总量,可以用公式表达为:[ = B S () ]其中,( )表示磁通量,( B )表示磁场强度,( S )表示面积,( )表示磁场方向与面积法线之间的夹角。
当磁通量随着时间变化时,将引起诱导电动势。
法拉第定律法拉第定律表示为:[ E = - ]其中,( E )是诱导电动势,()是单位时间内磁通量的变化率。
负号表示电动势的方向与磁通量的变化方向相反,这就是著名的楞次定律,强调了感应电流产生反向作用以抵消外部变化。
电磁感应的历史背景电磁感应现象首先由英国科学家迈克尔·法拉第于1831年发现。
法拉第通过实验观察到,当一根导线在磁场中运动时,会产生电流,从而揭示了电与磁之间深刻的联系。
这一发现不仅推动了物理学的发展,也为后来的发电机和变压器等设备奠定了理论基础。
紧接着,法拉第还提出了关于电动势的定律和相应应用,这些理论经过后人的进一步完善,形成了现代电磁理论的框架。
此外,亥姆霍兹和麦克斯韦等人的工作也极大丰富了对电磁现象的理解,使得这一领域的发展进入了新的阶段。
实验验证为进一步理解和确认电磁感应现象,科学家们进行了多次实验。
其中一个经典实验就是法拉第自己进行的实验:将一个环形导体放入变化的磁场中。
在改变周围磁场强度或使导体移动时,他观察到导体中会产生感应电流。
这种现象可以通过以下几种方式进行演示:滑轨实验:在滑轨上放置一个金属杆,当杆沿滑轨移动并穿过一个恒定的磁场时,会在金属杆中产生感应电流。
电磁感应现象及其应用
第九章电磁感应现象及其应用
本章以磁场及电场等知识为基础,研究电磁感应的一系列现象,总结出产生感应电流的条件,形成了导体做切割磁感线运动而产生的感应电动势的计算公式,应用右手定则判断感应电动势的方向也是解决问题的关键.
[基本规律与概念]
一.电磁感应现象
1.感应电动势
2.感应电流产生的条件及方向的判断
二.电磁感应现象的应用
1.自感现象
2.交变电流
①交变电流的定义
②正弦交流电的产生及规律
a.产生
b.规律:函数形式:e=NBSωsinωt(从中性面开始计时)
图象
c.表征交流电的物理量
(1)瞬时值
(2)峰值
(3)有效值
(4)周期和频率
③应用:(1)变压器(2)远距离输电
3.电磁场和电磁波
a.麦克斯韦电磁场理论
b.电磁波
[应用]
1.用丝线悬挂闭合金属环,悬于O点,虚线左边有匀强磁场,右边没有磁场.
(1)金属环的摆动会很快停下来,试解释这一现象.
(2)若整个空间都有向外的匀强磁场,会有这种现象吗?
2.如图所示,矩形线圈abcd质量为m,电阻为R,宽为d,长为L,在竖直平面内由静止开始自由下落,其下方存在如图示方向的磁感强度为B的匀强磁场,磁场上.下边界水平,宽度也为d.
(1)线圈ab进入磁场时,感应电流的方向?
(2)如果矩形线圈在ab边刚进入磁场就开始做匀速直线运动,那么,矩形线圈的ab 边应该距离磁场的上边界多高的位置开始下落?
3.上海的部分交通线路上已开始使用〝非接触式IC卡〞.该卡应用到物理学上的电磁感应原理.持卡者只要将卡在车门口的一台小机器前一晃,机器就能发出通过的信号.
(1)电磁感应现象的最早发现者是(A )
A.法拉第
B.格拉姆
C.西门子
D.爱迪生
(2)与这一发现有关的科技革命的突出成就不包括( D )
A.电力的广泛应用
B.内燃机和新交通工具的创新
C.新的通讯手段的发明
D.计算机信息技术的出现
4.照明电路中,为了安全,一般在电能表后面电路上按接一个漏电保护器,如右图所示,当漏电保护器的ef两端未有电压时,脱扣开关K能始终保持接通.当ef两端一有电压时,脱扣开关K立即会断开,下列说法正确的是
A.当用户家的电流超过一定值时,脱扣开关会自动断开,即有过流保护作用
B.当相线和零线间电压太高时,脱扣开关会自动断开,即有过压保护作用
C.站在地面上的人触及b线时(单线触电),脱扣开关会自动断开,即有触电保护作用
D.当站在绝缘物上的带电工作的人两手分别触到b线和d线时(双线触电),脱扣开关会自动断开,即有触电保护作用
【分析与解答】
漏电保护器是家庭生活中常见的电学仪器,通过变压器的互感原理进行开关控制,达到保护线路,防止漏电作用.观察工作原理图可知:相线ab与零线cd双线同向绕制构成原线圈.线路接通时,b与d相连,双线反向连接,磁场相反,无论用户电流的大小及相线和零线间电压高低如何变化,在副线圈中的磁通量变化率始终为零,因此ef两端未有电压,脱扣开关始终闭合.当人站在地面上单线触电时,电流不再经过零线而是通过人体流向大地,此时相线ab单线绕制,原副线圈中磁通量发生变化,ef两端出现电压,脱扣开关断开,当人站在绝缘物上双线触电时,人体形如用电器,电流通过人体流经零钱,此时相线与零线同样双线绕制,所以ef两端电压亦为零.正确选项为C.
5.家用微波炉是利用微波电磁能加热食物的新型灶具,主要由磁控管.波导管.微波加热器.炉门.直流电源.冷却系统.控制系统.外壳等组成,接通电源后,220V交流电经一变压器,一方面在次级产生3.4V交流对磁控管加热,同时在次级产生2000V高压经整流加到磁控管的阴.阳两极之间,使磁控管产生频率为2450MHz的微波,微波输送至金属制成的加热器(炉腔),被来回反射,微波的电磁作用使食物内分子高额地振动而内外同时迅速变热,并能最大限度地保存食物中的维生素.
(1)试计算微波输出功率为700W的磁控管每秒内产生的光子数.
(2)试计算变压器的高压变压比.
(3)导体能反射微波,绝缘体可使微波透射,而食物通常含有的成分是,较
易吸收微波能而转换成热.故在使用微波炉时应
A.用金属容器盛放食物放火炉内加热B.用陶瓷容器盛放食物火炉内加热
C.将微波炉置于磁性材料周围D.将微波炉远离磁性材料周围
6.图为一表示交变电流随时间变化的图象,此交变电流的有效值是
A.A B.5A
C.A D.3.5A
7.一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的交变电动势的图象如图所示,则
A.交变电流的频率是4πHz
B.交变电的周期是0.5s
C.当t=0时线圈平面与磁感线平行
D.当t=0.5时,e有最大值
8.现代家庭电器化程度越来越高,用电安全是一个十分突出的问题.
(1)下表提供了一组部分人的人体电阻平均值数据.
测量项目
完全干燥时
出汗或潮湿时
电阻
电流(加220V)
电阻
电流(加220V)
手与手之间
200kΩ
5kΩ
手与脚之间
300kΩ
8kΩ
手与塑料鞋底之间8000kΩ
10kΩ
①从表中可看出干燥时电阻大约是潮湿时电阻的倍.
②在空格中填入,对人体加220伏电压后的电流值.
③若对人的安全电流是25mA以下,上述哪几项是十分危险的.
(2)大家知道,洗衣机的插头上有三个金属片,插座也是三眼的,其中有一个较长而粗的是接地金属片,由导线将它与洗衣机的金属外壳连接,一旦插入插座,也就将洗衣机外壳与大地相连通.洗衣机的外壳是金属的(有许多地方没有油漆),左上图表示插头没有接地线,外壳与相线(俗称火线)接触漏电,手触及外壳.右上图表示插头中有接地线,接在洗衣机外壳,此时发生漏电.通过讨论说明为什么三眼插头比两眼插头更安全?(试在下图中画出电流经过的路线,假设此时M为正,N为负,并画出简单的电路模型加以分析)
(3).电路上有规格为10A的熔丝(俗称保险丝),如右图所示用电器R的功率是1500W,这时通过熔丝实际电流是多少?一个潮湿的人,手脚触电,为什么熔丝不会断(即熔丝不能救人命).
(4)如下图所示是一种触电保安器,变压器A处用相线和零线双股平行绕制成线圈,然后接到用电器.B处有一个输出线圈.一旦线圈中有电流,经放大后便能推动继电器J切断电源.试说明:
①为什么多开灯不会使保安器切断电源.
②为什么有人〝手—地〞触电保安器会切断电源
③该保安器能不能为双手〝相线—零线〞触电保安?为什么?
【参考答案】
1:①40~80倍
②干燥时电流分别为lmA,0.7mA,0.28mA,
潮湿时电流分别为:44mA,27.5mA,22Ma
③潮湿时各种情况均有危险
2.电流路径如下图所示
三眼插头比两眼插头安全.左图为二眼插头,一旦漏电,电流将流经人体;右图为三眼插头,一旦漏电,电流将通过接地板流入地下,(相当于一个短路导线),几乎没有电流通过人体.
3.通过熔丝的实际电流是6.8A
人的手脚触电时,通过人体电流是0.0275A
熔丝点电流为6.828A,小于10A,故熔丝不会断去
4.①变压器A线臼因双股并绕,正向电流与反向电流产生的磁性相互抵消,多开灯.少开灯都如此.所以线圈B中无感应电流,保安器的控制开关J不工作,不会自动切断电源.
③当人〝手—地〞触电时,相线中电流有一部分直接通过人体,流入大地,不从A线圈中回流,保安器铁芯中有磁通量变化,B线圈有电流输出,保安器开关J工作,自动
切断电源.
③〝相线—零线〞触电时,与多打开几盏电灯情况相似,A线圈中正.反向电流总是相等,不引起磁通量变化,保安器不能自动切断电源,不起保安作用.
综合点:本题首先是物理知识内部电流.电路.电磁感应等各部分的综合.它还涉及人身用电安全的问题,有较重要的现实意义.解答本题在一定程度能考查解答者所学知识联系实际问题的能力.
有几点说明:本题中洗衣机的底部有塑料垫脚,因此它的外壳是不直接接地的,保
安器的控制开关J应带有电流放大装置.因为变压器感应人体电流的功率是很小的,电流也是很小的,通常不经放大不能推动开关做功.
9.如图所示带电的平行板电容器C的两个极板,在用绝缘工具将两板间距离匀速增大的过程中,电容器周围空间将( A )
A.会产生变化的磁场
B.会产生稳定的磁场
C.不会产生磁场
D.会产生周期性振荡的磁场
10.对于〝超导体〞和〝空间技术〞的名字,人们可能并不陌生.所谓〝超导体〞是指电阻值几乎为零(10-5Ω)的导体.超导体在电力领域里,必将成为人们的理
想材料.
(1)以下关于超导体的说法中正确的是( B )
A.超导体是没有电阻的导体
B.超导体是电阻值很小的导体
C.超导体内部电流可以任意大
D.超导体内部电流必需大于某一特定值
(2).我们把当温度降低到一定程度时,导体的电阻突然降低到很小(10-5Ω)的现象称为超导现象;而材料超导性的实现,除了需要将温度降低到临界温度以下外,还需要使其周围磁场低于某一临界值.另据实验表明,超导体内部电流必需小于某一特定值.其原因是(B)
A.超导体虽然电阻很小,但是仍然有电阻,电流流过时要产生焦耳热,所以电流不能太大
B.由于导线通过电流后,电流要在导线周围产生磁场,电流越大,磁场越强;而超导体周围磁场不能大于临界值,所以通过超导体的电流必需小于某一特定值
C.超导体对电流有阻碍作用,所以电流不能太大
D.以上说法均不对
11.变压器是供电网络中的重要器件,它可以根据需要改变电压.
(1)某理想变压器原副线圈匝数之比为10:1,正常工作时输入功率与输出功率之比是多少?
(2)在传送一定电功率的输电线路中,若升压变压器输出电压提高1倍,则输电线上
的电功率损失将变为原来的多少?。