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生活中的物理学
1.4.23 电风扇的物理知识
电风扇的物理知识

夏天,电风扇会为我们带来丝丝凉意。你或许认为电风扇降低了周围的温度?你或许害怕电风扇转速过快会掉下来?其实,电风扇包含很多的物理知识呢!

电风扇的主要部件是交流电动机。其工作原理是:通电线圈在磁场中受力而转动。能量的转化形式是:电能主要转化为机械能,同时由于线圈有电阻,所以不可避免的有一部分电能要转化为内能。鉴于其能量转化形式和欧姆定律的使用范围,所以电风扇的电流、电压和电阻不能直接套用欧姆定律。在计算电风扇工作消耗电功的时候,只能用公式W=UIT而不能用公式Q=I2RT,因为电功的公式W=UIT适用于电流做功的一切情况,当然包括电流转化为内能的情况。但是焦耳定律Q= I2RT的适用范围是:纯电阻电路,即电能全部转化为内能的电路。如果利用焦耳定律计算出来的是电风扇工作时,线圈由于有电阻而放出的热量。下面提供一个这方面的例题:一台电动机正常工作时线圈两端的电压为380V,线圈的电阻为5欧,线圈中的电流为8A,这台电动机正常工作1s消耗的电能为W,产生的热量为Q,则这台电动机一秒内消耗的电能和产生的热量分别是多少?转化的机械能是多少?答案:W=3040J,Q=320J,转化的机械能是2720。

当电风扇(吊扇)静止时,竖杆对其拉力等于电风扇本身的重力,那么当电风扇工作起来以后会不会因竖杆受力增大而掉下来呢?当电风扇转动起来以后,扇叶把空气推向下方。即扇叶对其下方的空气有向下的力,根据“物体间力的作用是相互的”可知,空气对扇叶同时也有向上的力。此时电风扇在竖直方向上受到3个力的作用,即竖直向下的重力、竖直向上的竖杆对电风扇的拉力和空气对电风扇的向上的作用力。此时竖杆对电风扇的拉力一定要比静止的时候减小。因此,我们完全没有必要担心电风扇转动后会因为承受的力增大而掉下来。

当我们在炎热的夏天使用电风扇的时候,会感觉到凉爽。是不是电风扇工作起来以后使室内的温度降低了(假设房间与外界没有热传递)?电风扇工作时,由于有电流通过电风扇的线圈,导线是有电阻的,所以会不可避免地产生热量向外放热,故温度会升高。但人们为什么会感觉到凉爽呢?因为人体的体表有大量的汗液,当电风扇工作起来以后,室内的空气会流动起来,所以就能够促进汗液的急速蒸发,根据物理学原理“蒸发需要吸收大量的热量”,因而人们会感觉到凉爽。

电风扇在工作时,由于扇叶和空气相互摩擦会使扇叶带上了静电,带电的物体能够吸引轻小物体,从而能够吸收室内飘浮的细小灰尘。电风扇用久以后,扇叶的下面很容易沾上很多灰尘。