高频焊接是一种常用的焊接方法,其焊接的原理如图所示.将半径为10 cm的待焊接的圆形金属工件放在导线做成的100匝线圈中,然后在线圈中通以高频的交变电流,线圈产

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高频焊接是一种常用的焊接方法,其焊接的原理如图所示.将半径为10 cm的待焊接的圆形金属工件放在导线做成的100匝线圈中,然后在线圈中通以高频的交变电流,线圈产生垂直于金属工件所在平面的变化磁场,磁场的磁感应强度B的变化率为1 000

πsinωt T/s.焊缝处的接触电阻为工件非焊接部分电阻的99倍,工件非焊接部分每单位长度上的电阻为R₀=0.001πΩ·m^-1,焊接的缝宽非常小.求焊接过程中焊接处产生的热功率.(取π²=10,不计温度变化对电阻的影响)

答案

P=4.95×10⁴ W

解析

工件中产生的最大感应电动势E_m=

·S=

·πr²
代入数据得E_m=100

V,有效值E="100" V
工件非焊接部分的电阻R₁=R₀·2πr,代入数据得R₁=2×10^-3Ω
焊接部分电阻R₂=99R₁,总电阻R_总=R₁+R₂=100R₁="0.2" Ω
工件中电流I=

="500" A
焊接处产生的热功率P=I²R₂=4.95×10⁴ W.

举一反三

照明用电的交变电压为220 V，这是指电压的___________值；当接入一个电阻为1 100 Ω的电阻丝时，通过电阻丝的最大电流值为___________A.

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一个10匝的线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的交变电动势可以表示成e=100sin10t V，则穿过线圈的磁通量的最大值为___________；磁通量的变化率的最大值为___________.

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如图3-11所示，单匝线圈在匀强磁场中绕OO′轴从图示的位置开始匀速转动，已知从图示位置转过π/6时，线圈中的电动势大小为6 V，求：

图3-11
（1）交变电动势的最大值、有效值；
（2）设线圈的电阻为R="1" Ω，角速度ω="100" rad/s，线圈由图示位置转过π/2的过程中通过导线截面的电荷量.

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曾经流行过一种向自行车车头灯供电的小型交流发电机，图3-12甲为其结构示意图．图中N、S是一对固定的磁极，abcd为固定在转轴上的矩形线框，转轴过bc边中点、与ab边平行，它的一端有一半径r₀="1.0" cm的摩擦小轮，小轮与自行车车轮的边缘相接触，如图3-12乙所示．当车轮转动时，因摩擦而带动小轮转动，从而使线框在磁极间转动．设线框由N=800匝导线圈组成，每匝线圈的面积S="20" cm²，磁极间的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度B="0.010" T，自行车车轮的半径R₁="35" cm，小齿轮的半径R₂="4.0" cm，大齿轮的半径R₃="10.0" cm（见图乙）．现从静止开始使大齿轮加速运动，问大齿轮的角速度为多大时才能使发电机输出电压的有效值U="3.2" V？（假定摩擦小轮与自行车车轮之间无相对滑动）

图3-12

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交流发电机矩形线圈边长ab＝cd＝0.4 m，bc＝ad＝0.2 m，共50匝，线圈电阻r＝1 Ω，线圈在B＝0.2 T的匀强磁场中，绕垂直磁场方向的轴OO′以

r/s转速匀速转动，外接电阻9 Ω，如图3-2-18所示.求：

图3-2-18
（1）电压表读数；
（2）电阻R上电功率.

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