3.2.4 电磁感应的应用
电磁感应原理是电磁学中最重大的发现之一,它揭示了电、磁现象之间的相互联系。依据电磁感应原理,人们制造出了发电机,电能的大规模生产成为可能,与此同时,电磁感应现象还广泛应用在电工、电子技术以及电磁测量等领域,由此,人类社会迈进了电气化时代。
下面简要介绍电磁感应原理在生产生活中的应用情况。
(1)磁悬浮列车
在磁悬浮列车的底部安装超导磁体,在轨道的两旁则铺设有一系列的闭合铝环,当列车运行起来时,由于超导磁体产生的磁场相对于铝环有运动,根据电磁感应原理,在铝环内就会产生感应电流,而超导体和感应电流之间会有相互作用,产生向上的排斥力。当排斥力大于列车的自身重力时,列车就会悬浮起来(离地上的轨道平面约1cm左右)。当列车减速时,随着磁场的减小,相应的排斥力也变小,因此,悬浮列车也要配车轮,但它的车轮像飞机一样在高速运行时可以及时地收起来。当悬浮列车悬浮起来以后,由于没有了车轮和它的轨道之间的摩擦力,只需不大的牵引力功率就可以让列车达到500km/h的速度。与现有的列车相比,磁悬浮列车有高速、安全(无翻车或脱轨危险)、噪声低(约60dB)和占地小等优点,是理想的交通工具,如图3-22所示。
图3-22 磁悬浮列车
(2)动圈式话筒
动圈式话筒是把声音转变为电信号的装置,其工作原理图如图3-23所示。当声波使金属膜片振动时,连接在膜片上的线圈(叫做音圈)随着一起振动。音圈在永磁铁的磁场里振动,其中就产生感应电流(电信号)。感应电流的大小和方向都变化,振幅和频率的变化由声波决定。这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器,从扬声器中就发出放大的声音。
图3-23 动圈式话筒工作原理图
(3)磁卡
磁卡是在PVC材料表面附加上磁条,它的基本原理与录音机的磁带一样,是利用磁化来改变磁条磁性的强弱,从而记录和修改信息的。读卡时,当磁卡以一定的速度通过装有线圈的工作磁头时,线圈会切割磁卡外部的磁感线,在线圈中产生感应电流,从而传输了被记录的信号。它的应用非常广泛,如:银行卡、公交IC卡。
(4)电磁炉
电磁炉是利用电磁感应加热原理制成的电烹饪器具。使用时,线圈中通入交变电流,线圈周围便产生一交变磁场,交变磁场的磁力线大部分通过金属锅体,在锅底中产生大量涡流,从而产生烹饪所需的热,如图3-24所示。在加热过程中没有明火,因此安全、卫生。
图3-24 电磁炉工作原理图
电磁炉产生的交变磁场,不但会产生涡流热效应,而且会促使金属锅体的分子运动并互相碰撞,造成分子间的摩擦生热,这两种热效应是直接发生在锅体本身,其热能的损耗很小。由于电磁炉的热源来自于锅具底部而不是电磁炉本身发热传导给锅具,所以电磁炉的热效率可达80%,约比煤气灶高1倍,而且加热均匀,烹调迅速,节省电能。