高中物理電磁感應(yīng)在生活中的應(yīng)用探究

查博群

（鄭州市第四十七中學(xué)，鄭州 450000）

電磁感應(yīng)原理是法拉第在一次偶然的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的，電場(chǎng)與磁場(chǎng)之間的相互作用關(guān)系自此被應(yīng)用于人們的生活之中，并改變了人們的生活。法拉第在無(wú)數(shù)次試驗(yàn)之后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)封閉線圈內(nèi)的磁通量發(fā)生變化的情況下，線圈內(nèi)將產(chǎn)生一定方向的電流，用于抵消磁通量的變化，而該電流就是有電磁感應(yīng)原理形成的感應(yīng)電流。感應(yīng)電流的存在，使人們找到了創(chuàng)造電能的新路徑，人類社會(huì)文明進(jìn)入到電氣時(shí)代。

1 利用電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生交流電

在生活中，我們所使用的電流多為交流電，這種電流的方向與大小隨著時(shí)間進(jìn)行周期性變化，電磁感應(yīng)原理就是利用線圈切割磁力線的方式獲得相對(duì)應(yīng)的電流，并且，由于線圈切割磁力線的方向也在不斷變化，進(jìn)而形成了交流電。

以交流發(fā)電機(jī)為例，生活中所使用的交流發(fā)電機(jī)多為柴油發(fā)電機(jī)，通過(guò)燃燒化石能源的方式，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)機(jī)械部分的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在化學(xué)能向機(jī)械能轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，其帶動(dòng)的轉(zhuǎn)子將不斷切割電動(dòng)機(jī)殼體上永磁鐵所產(chǎn)生的磁力線，進(jìn)而在感應(yīng)線圈內(nèi)形成方向、大小周期性變化的電流。其中，交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓與轉(zhuǎn)子實(shí)際轉(zhuǎn)速相關(guān)，這也就不難解釋為何在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)燈泡亮度會(huì)明顯減弱的問(wèn)題。

2 變壓器中所使用到的電磁感應(yīng)原理

日常生活中所使用到的交流電壓多為220V/50Hz，然而，由于實(shí)際用電需求的不同，在部分場(chǎng)合下需要對(duì)交流電壓進(jìn)行調(diào)整，這就需要用到電磁感應(yīng)原理。交流電壓的調(diào)整需要用到互感線圈和鐵芯，鐵芯存在的作用是保證線圈內(nèi)的磁通量最大，從而提高變壓效率，減少使用的線圈數(shù)量。

圖1 變壓器原理

如圖1所示，L1端為電壓輸入端，L2端為電壓輸出端，交流電產(chǎn)生的變化磁場(chǎng)在鐵芯的引導(dǎo)下經(jīng)過(guò)感應(yīng)線圈L2形成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2，且變壓器的兩段參量關(guān)系可以表示為：

電磁感應(yīng)的變壓原理可以實(shí)現(xiàn)交流電壓的調(diào)高和調(diào)低，因此，因此，變壓器在生活中的實(shí)際應(yīng)用范圍較廣，并且，根據(jù)變壓器中線圈之間的電磁感應(yīng)原理可以發(fā)現(xiàn)，感應(yīng)線圈具有遏制電流、電動(dòng)勢(shì)快速變化的能力，對(duì)于一些用電環(huán)境較為惡劣的電路來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)增加線圈的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)，而這種線圈就是我們經(jīng)常遇到的電感。

3 電磁爐中的電磁感應(yīng)原理

作為一款家用廚房電器，電磁爐為我們的生活帶來(lái)了巨大便利，然而，電磁爐的使用卻僅僅是針對(duì)具有導(dǎo)磁能力的炊具，對(duì)于其它類型的炊具來(lái)說(shuō)，電磁爐卻素手無(wú)策。

電磁爐內(nèi)部安裝了大量的導(dǎo)電線圈，在啟動(dòng)后，交流電會(huì)通過(guò)線圈產(chǎn)生快速變化的磁場(chǎng)，當(dāng)導(dǎo)磁炊具放置在電磁爐上時(shí)，受電磁感應(yīng)原理的作用，炊具內(nèi)會(huì)形成電磁感應(yīng)電流（也可以稱為渦流），由于渦流的存在導(dǎo)致導(dǎo)磁炊具內(nèi)阻較高，以至于絕大部分感應(yīng)電流都轉(zhuǎn)完成了向熱能的轉(zhuǎn)換，這就是電磁爐中的電磁感應(yīng)原理。

關(guān)于電磁爐的溫度控制功能的實(shí)現(xiàn)，在輸入電壓不變的情況下，通過(guò)控制電磁爐內(nèi)部電流的大小，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度的控制，單位時(shí)間內(nèi)變化的磁通量也就隨之增加或減小，在導(dǎo)磁炊具內(nèi)形成的感應(yīng)電流大小就直接體現(xiàn)在其溫度上。

這里需要注意的是，基于電磁感應(yīng)原理的電磁爐能量轉(zhuǎn)換效率較高，加熱速度快，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的溫度控制，因此，在使用過(guò)程中應(yīng)盡可能的保證人員在場(chǎng)，避免干燒和糊鍋的現(xiàn)象。

4 磁懸浮鐵路的動(dòng)力來(lái)源

磁懸浮鐵路是利用了電磁感應(yīng)原理，在列車與軌道之間形成一定的間隙，從而消除了摩擦力的作用，增加了運(yùn)行速度。對(duì)于磁懸浮列車的動(dòng)力來(lái)源，可以通過(guò)高中物理知識(shí)電磁感應(yīng)進(jìn)行解釋。

在生活中，我們知道磁鐵存在同性相斥、異性相吸的現(xiàn)象，因此，在磁懸浮列車的底部按照一定的間隔排列好磁極順序相同的永磁體，通過(guò)電磁感應(yīng)原理，在兩條軌道鋪設(shè)反作用板和感應(yīng)鋼板，從而實(shí)現(xiàn)反作用板和感應(yīng)鋼板的磁化，進(jìn)而在向上托舉磁懸浮列車的同時(shí)，推動(dòng)磁懸浮列車前進(jìn)。通過(guò)調(diào)節(jié)電流大小，可以控制磁場(chǎng)強(qiáng)度，進(jìn)而達(dá)到控制磁懸浮列車速度的目的。

然而，在磁懸浮列車上我們不難發(fā)現(xiàn)輪子的存在，這是由于在列車減速的過(guò)程中，為實(shí)現(xiàn)安全與節(jié)能的目的，其垂直方向上的電磁推力也將減小，輪子的存在能夠避免車體與軌道之間的摩擦，并能夠利用傳統(tǒng)制動(dòng)方式為列車進(jìn)行二次減速。

5 結(jié)束語(yǔ)

電磁感應(yīng)原理在生活中的應(yīng)用范圍較廣，然而，雖然，電磁感應(yīng)原理為我們的生活帶來(lái)了巨大便利，但是，在某種場(chǎng)合下電磁感應(yīng)原理也能夠帶來(lái)不同程度的破壞性影響。在這種情況下，我們高中生應(yīng)深入了解電磁感應(yīng)原理的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，將理論知識(shí)與生活實(shí)踐相關(guān)聯(lián)，達(dá)到完善自身物理知識(shí)體系的目的。