第十六 電磁轉(zhuǎn)換
知識梳理
1.磁體
A.磁性
能夠吸引鐵、鈷、鎳等物質(zhì)的倥質(zhì)稱為磁性,它是物質(zhì)的一種物理屬性.
B.磁體
具有磁性的劫體稱為磁體.
按磁體的可分為:天然磁體和人造磁體.
按保持磁性時間的長短可分為:硬磁體(或永磁體)和軟磁體.
按磁體的形狀可分為條形磁體、蹄形磁體、針形磁體等.
C.磁極
磁體的兩端是磁性最強的部分,叫做磁體的兩個磁極.讓磁體在水平面閃能夠自由轉(zhuǎn)動,靜止下時總是一端指南,一端指北.指南的一端叫做磁體的南極(S極),指北的一端叫做磁體的北極(N極).指南針(羅盤)就是根據(jù)磁體的指向性制成的.
磁極間相互作用的規(guī)律是:同名磁極相互排斥,異名磁極榍互吸引.
磁體的基本性質(zhì)是吸鐵性和指向性.
在磁現(xiàn)象中發(fā)生相互吸引的原因有兩種可能:①磁體的吸鐵性;②異名磁極相互吸引.
判斷物體是否昊有磁性的方法:①根據(jù)磁體的吸鐵性;②根據(jù)磁體的指向性;③根據(jù)磁體中部磁性最弱的特點;④根據(jù)磁極間相呈作用的規(guī)律.
D.磁化
使原沒有磁性的物體獲得磁性的過程叫做磁化.
能夠被磁化的材料稱為磁性材料,如鐵、鈷、鎳、金屬氧化物、鈦鈷合金、磁帶上的磁粉等.
磁化的方法:①將磁鐵的一極靠迸或接觸鐵磁性材料;②將磁鐵的一極在鐵磁性材料上順同 2.磁場
A磁場
在磁體周圍存在著一種能夠傳遞磁極極相互作用的物質(zhì),這種看不見、摸不著的特殊物質(zhì)叫做磁場.
磁場的基本性質(zhì)是對放天其中的磁體或通電導體或運動電荷會產(chǎn)生磁力的作用.
我們可以根據(jù)磁場的基本性質(zhì)認識磁場.
小磁針在磁場中靜止時北極所指的方向規(guī)定為這一點的磁場方向.
B.磁感線
磁感線是用描述磁場的一些假想曲線,實際上并不存在,磁感線上任意一點的切線方向表示該點的磁場方向.磁場越強的地方,磁感線越密;磁場越弱的地方,磁感線越疏.
磁感線為封閉的、立體的曲線,在磁體的外部磁感線的方向是從N極指向S極,而在內(nèi)部是從S極指向N極.
在同一磁場中,任何兩根磁感線都不相交.磁感線的走向與各點的磁場方向是兩個既有聯(lián)系又有區(qū)別的概念.磁感線的走向是整體形象,而磁場方向是小磁針在某點靜止時北極所指方向,即經(jīng)過該點的磁感線的切線方向.如同在圓形跑道上的運動員的走向或順時針,或逆時針,但他在胞道上各點的面孔朝向是不同的.
一些常見磁體周圍的磁感線如下所示:
C磁的應用和防護
a. 應用:磁化凈水器、冰箱門磁封、收錄機中的、磁頭和磁帶、計算機中的磁盤和磁鼓、磁懸浮列車、磁診、磁療等.
b.防壚:鐵磁性材料對磁餳具有屏蔽作用.防磁手表就是根據(jù)這一原理制成的。
D. 地磁場
地球周圍的磁場叫做地磁場.磁體具有指向性的原因就是因為受到地磁場的作用.
地磁的南極在地理的北極附近,地磁的北極在地理的南極附近.水平放置的磁針的指向與地球子午線之間的夾角叫做磁偏角.我國宋代的學者沈括是世界上第一個清楚地、準確地論述磁偏角的科學家.地磁南、北極的位置并不是固定不變的,因此,在地球上各個地點磁偏角的大小也不是固定不變的.
3.電流的磁場
A. 電流的磁場
通電導體跟磁體一樣,周圍也存在著磁場,這一現(xiàn)象叫做電流的磁效應.它是丹麥的物理學家奧斯特于l820年首先發(fā)現(xiàn)的.
a.通電直導線的磁煬
通電直導線周圍存在著磁場,其方向與電流方向有關(guān).
b.通電螺線管的磁場
通電螺線管的外部磁場與條形磁體的磁場相似,如圖甲所示.
判定通電螺線管周圍磁場的方向時,可用安培定則,即用右手握住螺線管,讓四指彎曲且與螺線管中的電流方向一致,則大拇指所指的那端就是通電螺線管的N極,如圖乙所示。
安培定則也叫右手螺旋定則.
B電磁鐵及其應用
a.電磁鐵
1.組成:電磁鐵是一個帶有鐵芯的螺線管,它由線圈和鐵芯兩部分組成.
ii.原理:電磁鐵的原理一是電流的磁效應,二是在通電螺線管內(nèi)插入鐵芯后,鐵芯被磁化,而使電磁鐵的磁性大大增強.
iii.優(yōu)點:電磁鐵通電時有磁性,斷電時磁性消失;通過電磁鐵的電流越大,電磁鐵的磁性越強;當電流一定時,電磁鐵線圈的匝數(shù)越多,磁性越強.與永磁體相北,電磁鐵有很多優(yōu)點:它的磁性有無可以由通、斷電控制;它的磁性強弱可以由電流的強弱控制;它的南北極可以由變換電流的方向控制.
b.應用:電磁繼電器、電鈴、電話、電報、電磁起重機、電磁選礦機、錄音機、錄像機、計算機磁盤、IC卡的磁記錄等.
①電磁繼電器
主要部:電磁鐵、銜鐵、彈簧、觸點.
作用:電磁繼電器實質(zhì)是一種用電磁鐵控制的電路開關(guān)。利用它可以用低電壓、弱電流去間接控制高電壓、強電流的工作電路,避免人直接操作高壓開關(guān)的危險;還可以幫助人們實現(xiàn)遙控和生產(chǎn)自動化。
②電話
組成:最簡單的電話裝置由話筒、電池和聽筒所組成,這三者串聯(lián)在電路里。
基本原理:人對著話筒說話時,話筒把聲音引起的碳精片的振動通過碳粒松緊(電阻大。┑淖兓D(zhuǎn)化成強弱變化的電流,電流通過聽筒,聽筒通過電磁鐵磁性強弱的變化轉(zhuǎn)化為薄鐵片的振動,使人聽到聲音。
③磁記錄
在錄音機、錄像機、計算機磁盤或信用卡記錄信息時,都會用到電磁鐵。例如,當你對著錄音機的話筒講話時,聲音信號就被轉(zhuǎn)化為電信號,隨著聲音的變化的電流通過錄音磁頭的電磁鐵就會產(chǎn)生變化的磁場。
錄音帶是塑料做的,上面涂著一層薄薄的磁粉,錄音磁頭上的電磁鐵產(chǎn)生的磁場可以將磁粉磁化.磁粉被磁化的強弱隨磁場強弱的變化而變化,磁帶上磁性的分布就成了你的聲音的編碼,如圖所示.當播放磁帶時,記錄的編碼又轉(zhuǎn)換成原的聲音.同樣,電磁鐵也能被用在錄像帶上記錄圖像和聲音,用在計算機磁盤上記錄各種信息.
4.磁場對電流的作用
A. 磁場對電流的作用
當通電導體放入磁場里且電流方向與磁場方向不平行時,通電導體會受到磁場的力的作用,力的方向與電流方向和磁餳方向有關(guān).
在磁場對電流的作用這種現(xiàn)象里,電能轉(zhuǎn)化為機械能.
B. 直流電動機
方向不變的電流叫做直流電.用直流電供電的電動機叫做直流電動機.
i.構(gòu)造:直流電、磁鐵、線圈、換向器、電刷等.
ii.原理:利用磁場對電流的作用使線圈轉(zhuǎn)動,每當線圈越過線圈平面與磁感線垂直的位置(平衡位置)時,利用換向器及時改變線圈中的電流方向,以保持線圈的持續(xù)轉(zhuǎn)動.
電動機是把電能轉(zhuǎn)化為機械能的機器.
iii.優(yōu)點:與熱機相比,電動機有很多優(yōu)點:它的開動和停止都比熱機方便;它的構(gòu)造比熱機簡單;它的效率比熱機高得多;它對環(huán)境的污染比熱機。
5.電磁感應
A. 電磁感應
閉合電路的一部分導體在磁場里做切割磁感線的運動時,導體中就會產(chǎn)生電流,這種現(xiàn)象叫做電磁感應,產(chǎn)生的電流叫做感應電流.英國的物理學家法拉第于1831年首先發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象.
產(chǎn)生感應電流的兩個條:①電路要閉合;②閉合電路中的一部分導體要在磁場中做切割磁感線的運動,以產(chǎn)生感應電壓.
感應電流的方向與磁場方向和導體運動方向有關(guān).
在電磁感應現(xiàn)象里,機械能轉(zhuǎn)憂為電能.
B.交流發(fā)電機
i.構(gòu)造:磁鐵、線圈、銅滑環(huán)、電刷等.
ii.原理:電磁感應
線圈在磁場中轉(zhuǎn)過一周時,線圈中產(chǎn)生的感應電流的大小和方向發(fā)生一個周期性的變化,出現(xiàn)兩個0值,兩個最大值,方向改變兩次。
周期性改變大小和方向的電流叫做交流電。在交流電路中,電流經(jīng)歷一個周期性變化所用時間叫做交流電的周期(T),每秒電流發(fā)生周期性變化的次數(shù)叫做交流電的頻率(f),
T和f互為倒數(shù),即Tf=1. 我國交流電的周期是0.02s,頻率是50Hz,即每秒鐘電流方向改變100次。
發(fā)電機是把機械能轉(zhuǎn)化為電能的機器.一般發(fā)電機的轉(zhuǎn)子需由水輪機、汽輪機或內(nèi)燃機等發(fā)動機帶動.
C. 遠距離輸電
i.采用的方法——提高輸出電壓.
ii.目的——減少輸電線上的電能損耗.
iii.原因——在保證輸出電功率不變的情況下,提高輸出電壓,根據(jù)電功率的知識P=UI,可以減小輸電電流,從而減少電能損耗,若輸出電壓變?yōu)樵膎倍,輸電線損耗將變?yōu)樵?/n2倍
變壓器是利用電磁感應改變交流電電壓的。
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