题目内容
高频焊接是一种常用的焊接方法,图1是焊接的原理示意图.将半径为r=10cm的待焊接的环形金属工件放在线圈中,然后在线圈中通以高频变化电流,线圈产生垂直于工件所在平面的匀强磁场,磁感应强度B随时间t的变化规律如图2所示,t=0时刻磁场方向垂直线圈所在平面向外.工件非焊接部分单位长度上的电阻R=1.0×10-3Ω?m-1,焊缝处的接触电阻为工件非焊接部分电阻的9倍,焊接的缝宽非常小,不计温度变化对电阻的影响.
(1)求环形金属工件中感应电流的大小,在图3中画出感应电流随时间变化的i-t图象(以逆时针方向电流为正);
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(2)求环形金属工件中感应电流的有效值;
(3)求t=0.30s内电流通过焊接处所产生的焦耳热.
【答案】分析:(1)根据法拉第电磁感应定律为E=
求出感应电动势,由欧姆定律求出感应电流.画出电流图象.
(2)根据电流的热效应,求出此电流在一个周期通过阻值为R的电阻产生的热量,与直流相比较,求出有效值.
(3)焊接处电阻R'=9×2πrR=5.65×10-3Ω,根据焦耳定律求出热量.
解答:解:(1)环形金属工件电阻为R=2πrR+9×2πrR=20πrR=6.28×10-3Ω
在0-
T时间内的感应电动势为E=
=6.28V
电流为I=
=1.0×103A
由楞次定律得到电流方向逆时针
I-t关系图象如图所示.
(2)设环形金属工件中电流的有效值为I效,在一个周期内
I效2RT=
解得:I效=
A=816A
(3)在t=0.30s内电流通过焊接处所产生的焦耳热为
而R'=9×2πrR=5.65×10-3Ω
解得:Q=I2R't=1.13×103J
答:(1)环形金属工件中感应电流的大小为1.0×103A,中画出感应电流随时间变化的i-t图象如图4所示.
(2)环形金属工件中感应电流的有效值为816A;
(3)t=0.30s内电流通过焊接处所产生的焦耳热为1.13×103J.
点评:本题运用法拉第电磁感应定律、欧姆定律和焦耳定律研究高频焊接的原理,抓住B-t的斜率等于
,即求出磁通量的变化率,得到感应电动势.根据有效值的定义求解有效值.
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(2)根据电流的热效应,求出此电流在一个周期通过阻值为R的电阻产生的热量,与直流相比较,求出有效值.
(3)焊接处电阻R'=9×2πrR=5.65×10-3Ω,根据焦耳定律求出热量.
解答:解:(1)环形金属工件电阻为R=2πrR+9×2πrR=20πrR=6.28×10-3Ω
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在0-
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电流为I=
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由楞次定律得到电流方向逆时针
I-t关系图象如图所示.
(2)设环形金属工件中电流的有效值为I效,在一个周期内
I效2RT=
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解得:I效=
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(3)在t=0.30s内电流通过焊接处所产生的焦耳热为
而R'=9×2πrR=5.65×10-3Ω
解得:Q=I2R't=1.13×103J
答:(1)环形金属工件中感应电流的大小为1.0×103A,中画出感应电流随时间变化的i-t图象如图4所示.
(2)环形金属工件中感应电流的有效值为816A;
(3)t=0.30s内电流通过焊接处所产生的焦耳热为1.13×103J.
点评:本题运用法拉第电磁感应定律、欧姆定律和焦耳定律研究高频焊接的原理,抓住B-t的斜率等于
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