高中物理電磁學(xué)知識(shí)在生活中的應(yīng)用

王芷曼

摘 要：電磁學(xué)是高中物理學(xué)習(xí)中的一個(gè)重要知識(shí)板塊，包括電場(chǎng)、恒定電流、磁場(chǎng)、電磁感應(yīng)和交流電流幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)，電磁感覺是將電場(chǎng)與磁場(chǎng)聯(lián)系起來的重要環(huán)節(jié)，其在家用電器中應(yīng)用越來越廣泛，本文通過電磁學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的梳理，剖析了常見家用電器中電磁學(xué)知識(shí)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高中物理；電磁感應(yīng)；感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

高中物理電磁學(xué)由五部分內(nèi)容組成，第一部分以電荷和電荷守恒定律出發(fā)，介紹了電場(chǎng)的力的性質(zhì)、電場(chǎng)中能的性質(zhì)以及帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。這一部分內(nèi)容是整個(gè)電磁場(chǎng)的基礎(chǔ)，是聯(lián)系電場(chǎng)與磁場(chǎng)的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)；第二部分恒定電流章節(jié)以歐姆定律為中心，介紹了電路、電流與電阻之間的關(guān)系，這部分內(nèi)容實(shí)驗(yàn)性很強(qiáng)，涉及到常用電器中的供電、電流、電壓控制等內(nèi)容；第三部分主要介紹磁場(chǎng)相關(guān)內(nèi)容，包括安培力、洛倫茲力等基本概念并介紹了帶電粒子在磁場(chǎng)及復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題；第四部分介紹了電磁感應(yīng)相關(guān)知識(shí)，其中重點(diǎn)內(nèi)容是電磁感應(yīng)與電路規(guī)律的綜合應(yīng)用、電磁感應(yīng)與力學(xué)規(guī)律的綜合應(yīng)用；第五部分為交流電部分，包括交變電流、電壓器及電能的輸送。電磁感應(yīng)章節(jié)內(nèi)容與日常生活中的很多電器、設(shè)備均相關(guān)，凡是涉及到電、磁轉(zhuǎn)換以及電、磁能量傳遞的設(shè)備均會(huì)應(yīng)用相關(guān)原理。

1 無線充電技術(shù)

無線充電技術(shù)是指應(yīng)用電磁感應(yīng)原理，在電源與設(shè)備之間建立感應(yīng)磁場(chǎng)，從而在充電端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，達(dá)到充電的目的，無線充電技術(shù)可以取消電源與充電設(shè)備之間的導(dǎo)線，大大方便設(shè)備的使用，隨著無線充電技術(shù)水平的發(fā)展，目前已在小到手機(jī)、平板等智能設(shè)備，大到電動(dòng)汽車均可使用無線充電技術(shù)，而且，隨著無線充電距離的不斷增加，將來甚至可以取消目前室內(nèi)輸電線路。[1]

無線充電的基本原理主要包括兩個(gè)部分，一個(gè)是電磁感應(yīng)，另一個(gè)是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。電磁感應(yīng)的基本原理如圖1所示，當(dāng)在送電線圈輸入直流電流時(shí)，送電線圈和受電線圈中就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，在受電端，通過閉合電路在磁場(chǎng)里做切割磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在受電端的閉合回路中驅(qū)動(dòng)電子形成電流。通過這個(gè)原理，當(dāng)送電線圈的磁場(chǎng)量不斷變化時(shí)，送電線圈與受電線圈之間的磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生變化，從而帶來受電線圈中的磁通量不斷改變，達(dá)到改變受電回路電流的大小，提供不同功率的電勢(shì)，再將這部分電流整合為直流為設(shè)備充電。[2，3]

2 電磁爐

電磁爐的原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，其基本原理是：電磁爐基座線圈將家用220V交流電轉(zhuǎn)變成高頻交流電從而在線圈周圍空間產(chǎn)生高頻交變磁場(chǎng)（圖2），當(dāng)該磁場(chǎng)作用于金屬鍋底時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)渦流，當(dāng)渦流作用于鍋底時(shí)會(huì)使鍋具產(chǎn)生熱量，最后該熱量傳導(dǎo)至食物，達(dá)到加熱的目的。[4]

渦流的本質(zhì)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，它是指移動(dòng)的金屬導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，在移動(dòng)金屬中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流的現(xiàn)象。其產(chǎn)生的基本條件有兩個(gè)：一個(gè)是不斷變化的磁場(chǎng)，不斷變化磁場(chǎng)會(huì)帶來磁通量的變化，另一個(gè)是金屬體本身可自行構(gòu)成閉合回路，因此，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)才能最終在閉合回路中形成感應(yīng)電流。.當(dāng)金屬導(dǎo)體回路的電阻很小時(shí)，會(huì)在閉合回路中產(chǎn)生很大的感應(yīng)電流，就像水中的旋渦，因此簡(jiǎn)稱渦流。從以上原理分析可以發(fā)現(xiàn)：在電磁爐上使用的鍋必須滿足一個(gè)條件，那就是鍋的材質(zhì)必須是具有磁性的。所以電磁爐使用的鍋應(yīng)該是鐵系（搪瓷、鑄鍋、不銹鐵）鍋，不銹鋼鍋，復(fù)合底鍋必須是電磁爐專用。

3 結(jié)論

我們生活中很多電器設(shè)備均用到了高中物理課本中的電磁感應(yīng)原理，可以這樣說，沒有法拉第的電磁感應(yīng)定律問世，就不可能有我們現(xiàn)在使用的電磁爐了。電磁感應(yīng)是發(fā)電機(jī)、感應(yīng)馬達(dá)、變壓器和大部分其他電力設(shè)備的操作的基礎(chǔ)。而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電磁感應(yīng)原理將會(huì)越來越多地應(yīng)用到生活電器及大型設(shè)備中。

參考文獻(xiàn)：

[1]百度百科.電磁感應(yīng)，https：//baike.baidu.com/item/電磁感應(yīng).

[2]王西平.電磁感應(yīng)技術(shù)在手機(jī)無線充電中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（19）：112.

[3]謝利濤，趙志強(qiáng)，王彥莉.無線充電技術(shù)及其應(yīng)用[J].河南科技，2011，（3）：68-69.

[4]韓廣興.電磁爐原理使用與維修技術(shù)[M].北京：教育音響出版社，2007.