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什么是渦流現(xiàn)象？

定義

當(dāng)線圈中的電流隨時間變化時，就會產(chǎn)生一個變化的磁場，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，附近的另一個線圈中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流的方向圓周方向，就像一圈圈的漩渦，這種產(chǎn)生感應(yīng)電流的現(xiàn)象，我們稱為渦流現(xiàn)象。

1、產(chǎn)生

如圖所示，在一根導(dǎo)體外面繞上線圈，讓線圈通入交變電流，那么線圈就產(chǎn)生交變磁場。由于線圈中間的導(dǎo)體在四周方向是可以等效成一圈圈的閉合電路，閉合電路中的磁通量在不斷發(fā)生改變，所以在導(dǎo)體的圓周方向會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，電流的方向沿導(dǎo)體的圓周方向轉(zhuǎn)圈，就像一圈圈的漩渦。

在金屬塊中形成閉合回路的感應(yīng)電流叫做渦電流，簡稱渦流。

導(dǎo)體中的渦流，既可以是感生電動勢引起的，也可以是動生電動勢引起的。把一塊導(dǎo)體放在變化著的磁場中或相對于磁場運動時，由于導(dǎo)體內(nèi)部都可構(gòu)成閉合回路，穿過回路的磁通發(fā)生變化，因此在導(dǎo)體中都會產(chǎn)生感應(yīng)電流。只要電流在金屬塊中形成閉合回路，就可以稱為渦流。

2、熱效應(yīng)

渦流同一般電流一樣，會產(chǎn)生熱效應(yīng)，且產(chǎn)熱多少符合焦耳定律。

真空冶煉爐

與電磁爐原理類似。將感應(yīng)爐外纏繞的線圈接到高頻交流電源上，線圈中產(chǎn)生交變磁場使?fàn)t體產(chǎn)生渦流，金屬發(fā)熱熔化，達到冶煉目的。其優(yōu)點是不需要燃料燃燒產(chǎn)熱，也就不需要空氣，可以在真空中進行，防止空氣中雜質(zhì)與金屬反應(yīng)，能夠冶煉高質(zhì)量的金屬。

電磁爐

工作時，電磁爐中通以低壓交變電流，在爐體附近空間產(chǎn)生交變磁場。這時如果爐體上方放有整塊導(dǎo)體制成的鍋體，由于電阻較小，鍋體中就會產(chǎn)生較大的渦流，產(chǎn)生大量的熱，加熱鍋體中的物質(zhì)。電磁爐具有許多優(yōu)點：減少了熱傳遞環(huán)節(jié)，提高能量利用效率；無煙火、無廢氣，環(huán)保無污染；爐體不發(fā)熱。

薄硅鋼片疊合鐵芯

用來增強線圈磁性的鐵芯（磁導(dǎo)率較大)在工作中會產(chǎn)生渦流使自身發(fā)熱，浪費能量，甚至影響設(shè)備工作。因此在電動機、發(fā)電機、變壓器、交流電磁鐵等設(shè)備的鐵芯材料中，都不使用整塊的鐵芯，而是采用表面涂有絕緣漆的一片片硅鋼片疊壓而成。這是因為硅鋼中含有2~5%的硅，可提高鐵芯的電阻率，此外鐵片與鐵片之間相互絕緣，使渦流被限制在狹小的薄片之間，回路的電阻很大，渦流便大為減小，從而使渦流損失大大降低。

3、磁效應(yīng)

探測地雷的探雷器是應(yīng)用渦流工作的。通有變化電流的長柄線圈在掃過地面時，地下金屬物體在交變磁場中產(chǎn)生渦流，渦流產(chǎn)生磁場影響線圈的磁場，從而觸發(fā)報警。而非金屬等絕緣材料不能產(chǎn)生渦流的，這樣便可以探測有金屬殼的地雷。

機場車站等地應(yīng)用的的安檢門與其他類型的金屬探測儀也都是應(yīng)用渦流現(xiàn)象工作的。

4、機械效應(yīng)

電磁阻尼

當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運動時，渦流使導(dǎo)體受到的安培力總是阻礙導(dǎo)體的運動。

電工測量儀表要求指針的擺動很快停下來，以便迅速讀出讀數(shù)（如電流表、電壓表等）。為達到此目的，電流表的線圈要繞在鋁框上，當(dāng)被測電流通過線圈時，線圈帶動指針和鋁框一起轉(zhuǎn)動，鋁框在磁場中轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生渦流，磁場對這個渦流的作用力阻礙它們的擺動，于是指針很快地穩(wěn)定指到讀數(shù)位置上。

電磁驅(qū)動

導(dǎo)體靜止，磁場相對于導(dǎo)體運動時，渦流使導(dǎo)體受到的安培力會使導(dǎo)體運動起來。

交流感應(yīng)電動機就是利用三相電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場，使導(dǎo)線框轉(zhuǎn)動的。

5、渦流損耗

渦流損耗

導(dǎo)體在非均勻磁場中移動或處在隨時間變化的磁場中時，導(dǎo)體內(nèi)的感生的電流導(dǎo)致的能量損耗，叫做渦流損耗。在導(dǎo)體內(nèi)部形成的一圈圈閉合的電流線，稱為渦流（又稱傅科電流）。

渦流損耗的大小與磁場的變化方式、導(dǎo)體的運動、導(dǎo)體的幾何形狀、導(dǎo)體的磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率等因素有關(guān)。渦流損耗的計算需根據(jù)導(dǎo)體中的電磁場的方程式，結(jié)合具體問題的上述諸因素進行?！　?/span>

置于隨時間變化的磁場中的導(dǎo)體內(nèi)，也會產(chǎn)生渦流，如變壓器的鐵心，其中有隨時間變化的磁通，它在副邊產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，同時也在鐵心中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而產(chǎn)生渦流。這些渦流使鐵心發(fā)熱，消耗電能，這是不希望有的。但在感應(yīng)加熱裝置中，利用渦流可對金屬工件進行熱處理?！　?/span>

大塊的導(dǎo)體在磁場中運動或處在變化的磁場中，都要產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,形成渦流,引起較大的渦流損耗。為減少渦流損耗，常將鐵心用許多鐵磁導(dǎo)體薄片（例如硅鋼片）疊成，這些薄片表面涂有薄層絕緣漆或絕緣的氧化物。磁通穿過薄片的狹窄截面時，渦流被限制在沿各片中的一些狹小回路流過，這些回路中的凈電動勢較小，回路的長度較大，再由于這種薄片材料的電阻率大，這樣就可以顯著地減小渦流損耗。所以，交流電機、電器中廣泛采用疊片鐵心。

6、減少渦流損耗的方法

渦流的危害

渦流一般都很大。由于電流的熱效應(yīng)，渦流會使導(dǎo)體發(fā)熱，消耗能量，所以渦流有時是有害的。例如通過變壓器、電動機和發(fā)電機中的交變電流磁場，會使鐵心產(chǎn)生渦流，渦流是鐵芯發(fā)熱，這樣就造成損耗（俗稱鐵損）并使設(shè)備產(chǎn)生熱量，溫度升高，絕緣材料容易老化，縮短變壓器、電動機和發(fā)電機的使用壽命，甚至使他們損壞。