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第41章 现代生活中的磁

前面在介绍电磁铁的时候我们曾经说过,我们日常生活中用到的电风扇、吸尘器、电铃、吹风机、抽水机、洗衣机等许多家用电器都是与电磁理论有着不可分割的联系。没有磁,我们的生活也就不会如此丰富多彩。

收音机

收音机用到多种磁性材料和磁性器件。例如,收音机中都要使用电声喇叭把电信号变成声音,而一般最常用的电声喇叭便是永磁式电声喇叭。收音机所收到电台发射机将声音转换成的电信号,在受到电声喇叭中永久磁铁的磁场作用而使电线圈振动发声。这样便将电台发射的已转换为电信号的声音复原了。电声喇叭中的永久磁铁的磁场在这种电—声转换中起了重要的作用。喇叭则将电线圈的振动发声放大。另外在收音机中转换高频率的电信号和低频率的电信号也都需要使用多种的高频变压器和低频变压器,这些变压器也需要使用多种的磁性材料。

为了提高收音机的灵敏度和接收距离,需要使用天线。如果利用磁性材料制成磁天线,不但可以显著减小天线的尺寸,而且还可以显著提高收音机的灵敏度。这种磁天线的性能既同天线的设计有关,又同磁性材料的磁特性有关。

收音机工作时需要使用电源。有使用电池作电源的,也有使用交流电源的。在使用交流电源时,又需要使用变压器来改变电压。变压器也需要采用磁性材料。

这样可以看出,我们使用的收音机虽然体积很小,却离不开磁性材料和用多种磁性材料制成的多种磁性器件。

电视机

电视机是我们生活中经常应用的另一种电器。磁在电视机中的应用也是相当多的。同收音机相比较,电视机不但能听到声音,而且能看到活动的图像。在彩色电视机中还能看到色彩鲜艳逼真的彩色活动图像。因此电视机要应用比收音机更多数量、更多种类和更多功能的磁性材料和磁性器件。具体说来,电视机除了也使用收音机所使用的多种磁变压器和永磁电声喇叭外,还要使用磁聚焦器、磁扫描器和磁偏转器。

电视机的结构和工作原理是很复杂的。这里只简单地介绍磁在电视机中的作用。关于电视机中的声音部分基本上同收音机相似,这里就不再介绍,而只说明同活动图像相关的磁的应用。电视机中的活动图像的放映是在显像电子管中进行的。电视台将活动图像转换成电信号后通过无线或有线传送到电视接收机(简称电视机)中,经过一定的电信号变换和处理后再传送到显像管中。在显像管中,反映活动图像的电子束经过磁聚焦器、磁扫描和磁偏转器的磁场聚集、扫描和偏转作用后投射到显像管的荧光屏上转换为光的活动图像。彩色电视机由红、绿、蓝3个基色信号组成彩色活动图像,因此显像管中含有3组电子束及它们的磁聚焦、磁扫描和磁偏转磁器件。再将3种基色活动图像合成彩色图像。因此,彩色电视的设备和成像过程等都更为复杂,却都是采用一定的磁场来控制电子束的运动而完成成像的。

电视机显像管应用的磁聚集器和磁偏转器示意图微波炉和电磁炉微波炉和电磁炉都是当今厨房常见的加热器具,以其加热速度快、清洁、无污染深受用户喜爱。但两者在工作原理上有着很大不同。

顾名思义,微波炉就是用微波来煮饭烧菜的。微波是一种电磁波。这种电磁波的能量不仅比通常的无线电波大得多,而且还很有个性,微波一碰到金属就发生反射,金属根本没有办法吸收或传导它;微波可以穿过玻璃、陶瓷、塑料等绝缘材料,但不会消耗能量;而含有水分的食物,微波不但不能透过,其能量反而会被吸收。

勒巴朗·斯宾塞微波炉正是利用微波的这些特性制作的。微波炉的外壳用不锈钢等金属材料制成,可以阻挡微波从炉内逃出,以免影响人们的身体健康。装食物的容器则用绝缘材料制成。微波炉的心脏是磁控管。这个叫磁控管的电子管是个微波发生器,它能产生每秒钟振动频率为245亿次的微波。这种肉眼看不见的微波,能穿透食物达5厘米深,并使食物中的水分子也随之运动,剧烈的运动产生了大量的热能,于是食物煮熟了。这就是微波炉加热的原理。用普通炉灶煮食物时,热量总是从食物外部逐渐进入食物内部的。而用微波炉烹饪,热量则是直接深入食物内部,所以烹饪速度比其他炉灶快4~10倍,热效率高达80%以上。目前,其他各种炉灶的热效率无法与它相比。

电磁炉(又名电磁灶)——是现代厨房革命的产物,是无需明火或传导式加热的无火煮食厨具,完全区别于传统所有的有火或无火传导加热厨具。

电磁炉作为现代家庭厨房电气化的新型灶具进入普通家庭。那么,电磁炉是怎样给食物加热的?

电磁炉一般由线圈、灶台板、金属锅组成。在台板下面布满了线圈,当接通照明电路的交流电时,线圈产生交流磁场,这时穿过金属锅的磁通量会发生变化,从而锅体产生感应电流——涡流。金属锅体中的涡流很强,感应电流在金属中产生明显的热效应,使锅体温度快速升高。电磁炉锅体由于温度升高,分子热运动加剧,分子相互碰撞更为频繁,形成了分子间摩擦生热。这两种热直接发生在锅体金属内部,使得它的升温更为迅速。

由于电磁炉是应用电磁感应以及电流热效应进行加热工作的,所以要把锅体大的铁锅或搪瓷锅放在台板上,锅内放入水或食物才会受热而升温,而不可以直接使用诸如玻璃、陶瓷、砂锅类的容器加热食物,因为这些材料不会发生电磁感应现象,即无感应电流产生,不能加热。

电磁炉作为厨具市场的一种新型灶具,具有升温快、热效率高、无明火、无烟尘、无有害气体、对周围环境不产生热辐射、体积小巧、安全性好、节时省电和外观美观等优点,能完成家庭的绝大多数烹饪任务。因此,在电磁炉较普及的一些国家里,人们誉之为“烹饪之神”和“绿色炉具”。

汽车

汽车中使用的各种小型永磁电动机汽车是现代社会的一种重要交通工具。但你是否知道,新型汽车中到处都能找到磁的痕迹。一般汽车中使用的电话、收音机和电视机中都要应用到多种的磁性材料和磁性器件。在一些新型汽车中磁的应用就更加多。例如一种新型家用小汽车便使用了32台小型永磁电动机,它们分别应用于时钟步进电机、录音机走带机械、电子计价器步进电机、电控反光机、车高调整泵、自动车速调节泵、起动电机、可伸缩车前灯、车前灯冲洗器、水箱冷却风扇、电容器冷却风扇、活门控制、颈部防损控制、车前灯擦净器、前窗冲洗器、前部擦净器、后窗冲洗器、后部擦净器、电动车窗、油泵、汽车门锁、可调减振器、空气净化器、后部空调器、汽车天线、遮阳车顶、大腿支撑泵、侧面支撑泵、气动腰部支撑泵、座椅斜倚器、座椅升降器、座椅移动器、真空泵、空气调节器、室温传感器、暖风机等。

除上述的几种生活电器和工具需要使用多种磁性材料和磁性器件外,还有许多家用电器也要应用到磁。例如,电冰箱中的磁门封条和电动机,洗衣机、空调器、除尘器和电唱机中用的电动机,电门铃中用的电磁继电器,电子钟表中用的微型电动机等。可以看出,现代生活离不开磁。知识点磁倾角磁倾角,地球表面任何一点的地磁场总强度矢量与水平面之间的夹角。地磁场强度方向在水平面之下的,为正磁倾角;而在水平面之上的,则为负磁倾角。将一个具有水平轴的可旋转磁针制作得内部质量完全均匀对称,使其在磁屏蔽空间中自然地保持水平。观测时使其水平轴与当地磁子午面垂直,这时磁针指北极N所指的方向即为地磁场总强度的矢量方向,它与水平面的夹角即为当地的磁倾角。这种磁针称为磁倾针。规定磁倾针的指北极N向下倾为正。一般结果是,北半球的磁倾角为正,南半球的磁倾角为负。将磁倾角为零的地点连接起来,此线称为磁倾赤道,与地球赤道比较接近。

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