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什么是渦流現(xiàn)象？

定義

當(dāng)線圈中的電流隨時(shí)間變化時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)變化的磁場(chǎng)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，附近的另一個(gè)線圈中會(huì)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(chǎng)。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(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(jiǎn)稱渦流。

導(dǎo)體中的渦流，既可以是感生電動(dòng)勢(shì)引起的，也可以是動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)引起的。把一塊導(dǎo)體放在變化著的磁場(chǎng)中或相對(duì)于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于導(dǎo)體內(nèi)部都可構(gòu)成閉合回路，穿過(guò)回路的磁通發(fā)生變化，因此在導(dǎo)體中都會(huì)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(huì)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(chǎng)使?fàn)t體產(chǎn)生渦流，金屬發(fā)熱熔化，達(dá)到冶煉目的。其優(yōu)點(diǎn)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(jìn)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(shí)，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(chǎng)。這時(shí)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(huì)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(diǎn)：減少了熱傳遞環(huán)節(jié)，提高能量利用效率；無(wú)煙火、無(wú)廢氣，環(huán)保無(wú)污染；爐體不發(fā)熱。

薄硅鋼片疊合鐵芯

用來(lái)增強(qiáng)線圈磁性的鐵芯（磁導(dǎo)率較大)在工作中會(huì)產(chǎn)生渦流使自身發(fā)熱，浪費(fèi)能量，甚至影響設(shè)備工作。因此在電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、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?yàn)楣桎撝泻?~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(cè)地雷的探雷器是應(yīng)用渦流工作的。通有變化電流的長(zhǎng)柄線圈在掃過(guò)地面時(shí)，地下金屬物體在交變磁場(chǎng)中產(chǎn)生渦流，渦流產(chǎn)生磁場(chǎng)影響線圈的磁場(chǎng)，從而觸發(fā)報(bào)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(cè)有金屬殼的地雷。

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

4、機(jī)械效應(yīng)

電磁阻尼

當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，渦流使導(dǎo)體受到的安培力總是阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)。

電工測(cè)量?jī)x表要求指針的擺動(dòng)很快停下來(lái)，以便迅速讀出讀數(shù)（如電流表、電壓表等）。為達(dá)到此目的，電流表的線圈要繞在鋁框上，當(dāng)被測(cè)電流通過(guò)線圈時(shí)，線圈帶動(dòng)指針和鋁框一起轉(zhuǎn)動(dòng)，鋁框在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生渦流，磁場(chǎng)對(duì)這個(gè)渦流的作用力阻礙它們的擺動(dòng)，于是指針很快地穩(wěn)定指到讀數(shù)位置上。

電磁驅(qū)動(dòng)

導(dǎo)體靜止，磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)時(shí)，渦流使導(dǎo)體受到的安培力會(huì)使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來(lái)。

交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)就是利用三相電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，使導(dǎo)線框轉(zhuǎn)動(dòng)的。

5、渦流損耗

渦流損耗

導(dǎo)體在非均勻磁場(chǎng)中移動(dòng)或處在隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)中時(shí)，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(chǎng)的變化方式、導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)、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(jì)算需根據(jù)導(dǎo)體中的電磁場(chǎng)的方程式，結(jié)合具體問(wèn)題的上述諸因素進(jìn)行?！　?/span>

置于隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)中的導(dǎo)體內(nèi)，也會(huì)產(chǎn)生渦流，如變壓器的鐵心，其中有隨時(shí)間變化的磁通，它在副邊產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，同時(shí)也在鐵心中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，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(duì)金屬工件進(jìn)行熱處理。　　

大塊的導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)或處在變化的磁場(chǎng)中，都要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),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(guò)薄片的狹窄截面時(shí)，渦流被限制在沿各片中的一些狹小回路流過(guò)，這些回路中的凈電動(dòng)勢(shì)較小，回路的長(zhǎng)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(jī)、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(huì)使導(dǎo)體發(fā)熱，消耗能量，所以渦流有時(shí)是有害的。例如通過(guò)變壓器、電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)中的交變電流磁場(chǎng)，會(huì)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(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的使用壽命，甚至使他們損壞。