结构推理
磁浮悬装置原理图如图所示,当给大螺线管通上高频电流时,可以使处于其中心的小金属块悬浮起来并被加热熔化,从而可以模拟空间微重力无容器环境。为了使螺线管在高频电流下不至于也被熔化,通常将构成螺线管的粗?导线做成空心状,并在内部通上循环水来冷却螺线管。请用电磁感应原理说明在高频电流下这样做并不会使空心螺线管比实心的电阻大。
【正确答案】从螺线管上截取一段粗导线来加以分析。如图所示,当粗导线中通有高频交变电流时,交变电流在导体中产生变化的涡旋磁场(磁感应线如图)。变化的磁场又会在导体中产生一圈圈对称分布的涡旋电场,如图中实线所示,从而在导体中形成涡电流。这些涡电流在导体的中心部位,其方向与原高频电流方向相反;而在导体的边缘部位,其方向与高频电流方向相同。涡电流与高频电流叠加的结果将使得电流只分布在导体表面的一个薄层内,而导体的中心部位则无电流分布。这种在高频电流下产生的电流趋向于表面分布的现象有一个专有的名称,叫趋肤效应。由于趋肤效应,在高频电流的情况下,将导体做成空心状和实心状对载接流情况完全相同。
【答案解析】