涡流的应用及危害
涡流的应用
涡流的应用一、引言涡流，它在我们日常生活中经常碰到。
既有好的方面，也有坏的方面。
现实中涡流的应用越来越广泛，现在就让我们认真的了解涡流在现实中的一些应用。
二、涡流的产生当线圈中的电流随时间的变化时，由于电磁感应，附近的另一个线圈中会产生感应电流。
实际上这个线圈附近的任何导体中都会产生感应电流。
如果用图表示这样的感应电流，看起来就像水中的旋涡，所以据麦克斯韦电磁理论可知，闭合导体周围会产生变化的磁场，变化磁场周围也会产生变化的电场,载流子在电场中形成涡流电流。
三、涡流的应用（一）涡流在电磁炉中的应用电磁炉是利用电磁感应加热原理制成的电气烹饪器具。
由高频感应加热线圈（即励磁线圈）、高频电力转换装置、控制器及铁磁材料锅底炊具等部分组成。
它采用磁场感应电流（又称为涡流）的加热原理，电磁炉是通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质锅具底部放置炉面时，锅具即切割交变磁力线而在锅具底部金属部分产生交变的电流（即涡流），涡流使锅具铁原子高速无规则运动，原子互相碰撞、摩擦而产生热能使器具本身自行高速发热，用来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的。
当一个回路线圈通以电流时，其效果相当于磁铁棒。
因此线圈面有磁场N－S极的产生，亦即有磁通量穿越。
若所使用的电源为交流电，线圈的磁极和穿越回路面的磁通量都会产生变化。
当有一导磁性金属面放置于回路线圈上方时，此时金属面就会感应电流（即涡流），涡流使锅具铁原子高速无规则运动，原子互相碰撞、摩擦而产生热能。
涡流现象在电磁炉中的应用，使得电磁炉成为现代生活中应用于加热的主要工具之一，电磁炉的使用给人们也带来巨大的便利。
（二）涡流感应发热涡流热效应：让大块导体处在变化的磁场中，或者相对于磁场运动时，在导体内部也会产生感应电流。
这些感应电流在大块导体内的电流流线呈闭合的旋涡状，被称为涡电流或涡流（eddycurrent）。
由于大块金属的电阻很小，因此涡流可达到非常大的强度。
利用高频率变化的电磁场在大块导体中产生的涡流热，可以用来冶炼金属，俗称高频感应炉。
涡流原理的应用与危害
涡流原理的应用与危害涡流原理简介涡流是一种电磁现象，指的是当导体中有变化的磁场时，会在导体内产生感应电流，这种电流被称为涡流。
涡流存在于导体的表面，具有循环状的特点。
涡流产生的原理是根据法拉第电磁感应定律，即变化的磁场会引起感应电流。
涡流原理的应用涡流原理在许多领域都有广泛的应用，以下列举了几个常见的应用：1. 无损检测涡流无损检测是一种非破坏性检测方法，可以用来检测导体中的表面或近表面缺陷。
通过利用涡流感应的原理，检测器可以测量导体表面感应电流的变化，从而确定是否存在缺陷。
2. 电磁制动器涡流制动器是一种利用涡流原理制动物体的装置。
当导体进入磁场中时，由于涡流的产生，导体会受到阻力，从而减速或停止运动。
涡流制动器常用于减速器、电梯以及车辆的制动系统中。
3. 涡流测厚仪涡流测厚仪是一种用来测量导体厚度的仪器。
通过涡流原理，仪器可以测量导体表面感应电流的变化，从而计算出导体的厚度。
4. 涡流计量器涡流计量器是一种利用涡流原理测量流体流量的仪器。
当导体中有涡流通过时，涡流计量器可以测量感应电流的变化，并据此计算出流体的流量。
涡流原理的危害尽管涡流原理有许多应用，但在某些情况下，涡流也可能带来一些危害。
1. 能量损失涡流产生的感应电流会引起能量的损耗。
这种能量损耗可能会导致电路的效率降低，并且在一些应用中需要消耗额外的能量来抵消涡流的影响。
2. 温升问题当涡流通过导体时，由于电阻产生的热量会导致导体温度升高。
这可能会对设备的性能和寿命产生负面影响，尤其是在高功率应用中。
3. 电磁干扰涡流产生的电场和磁场可能会对周围的电子设备产生干扰。
这可能导致设备误操作、信号干扰或数据丢失。
4. 阻碍电磁波传输涡流的产生会对电磁波的传输产生阻碍，这可能会影响无线通信设备的性能。
结论涡流原理具有广泛的应用，包括无损检测、电磁制动器、涡流测厚仪和涡流计量器等。
然而，涡流也带来了一些危害，如能量损失、温升问题、电磁干扰和阻碍电磁波传输。
涡电流定义.
第一:它会导致铁心温度升高,从而危及线圈寿命,甚 至烧毁.第二消耗能量.
将铁心制成片状,之间加绝缘漆,切断涡流通路,减小涡流热.
2.涡流磁效应的应用----电磁阻尼
付科摆,在摆内开槽后阻力减小. 阻尼器可用于电学测量仪中,以使指针迅速稳定.
§14.4 涡电流
14.4 .1 涡电流定义
当块状金属放在变化着的磁场中时,或者在磁场中运动时, 金属体内也将产生感应电流,这种电流的流线在金属体内 自行闭合,所以称为涡电流,也叫傅科电流.
E 涡
dl
d
dt
S
B t
d
S
涡电流强度与交变 电流的频率成正比
接交变 电源
14.4 .1 涡电流的应用与危害 1.涡流热效应的应用与危害 (1)应用:感应加热(利用涡流热效应进行加热的方法)
电磁阻尼 N
金属板由外向内运动
Pm
磁矩与磁场
方向相反，
金属板向弱
磁场运动
S
金属板由内向外运动 磁矩与磁场方向相 同，金属板向强磁
Pmபைடு நூலகம்运动。
涡流
4．涡流危害的防止 为了降低涡流造成的损耗， 将铁芯用相互绝缘的薄硅钢片叠合 而成，减小回路的横截面积，增大回路电阻，从而减弱涡流。
二、涡流的应用 1．高频感应炉冶炼金属 (1源和受热物体可以不直接接触。 ②加热效率高，速度快，可以减小表面氧化现象。 ③容易控制温度，提高加工精度。 ④可实现局部加热。 ⑤可实现自动化控制。 ⑥可减少占地、热辐射、噪声和灰尘。
第七节 涡流
一、涡流 1．涡流的概念 由于电磁感应，在整块金属导体内部会形成 感应电流 ，电流 在金属块内组成闭合回路，很像水的旋涡，如图 171 所示。
图 171
2．特点 整块金属的 电阻 很小，涡流往往 很大 。
3．涡流的危害 (1)涡流在金属块内部释放出大量的焦耳热，会使铁芯温度升 高，缩短线圈绝缘材料的寿命。 (2)涡流的热效应会消耗能量，使变压器、电动机的效率降低。
图 172 应电流产生，以阻碍磁通量的增加，感应电流使线圈受到安培力的
作用，因而线圈会跟着一起转动起来。 [说明] 线圈转动方向与磁铁转动方向相同， 但转速一定小于磁
铁的转速，即同向异步。 (3)应用：交流感应电动机。
电磁阻尼和电磁驱动的比较
电磁阻尼 成因 由导体在磁场中运动形成
电磁驱动 由磁场运动形成
4．电磁驱动 (1)概念 如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，感应 电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来，这种作 用常称为电磁驱动。
(2)电磁驱动的原理 如图 172 所示，当转动蹄形磁铁时，穿过线圈的磁 通量发生变化，例如线圈处于图中所示的初始状态时， 穿过线圈的磁通量为零，蹄形磁铁一转动，穿过线圈的 磁通量就增加了，根据楞次定律，此时线圈中就会有感
2．电磁灶 (1)原理：磁场感应涡流 加热。 (2)优点 ①通过锅底涡流发热，不存在能量传递过程中的损耗，热效 率高。 ②锅直接发热，无明火和炊烟、清洁、安全。 ③功能多。 3．电磁阻尼
涡流现象及其应用
③涡流探测： 涡流探测：
金属探测器（探雷器、机场安检门等） 金属探测器（探雷器、机场安检门等） 。
（2）危害：发热浪费能量。 危害：发热浪费能量。
变压器、电机的铁芯都不是整块金属， 变压器、电机的铁芯都不是整块金属，而是由许多相 互绝缘的电阻率很大的薄硅钢片叠合而成的， 互绝缘的电阻率很大的薄硅钢片叠合而成的，以减少 涡流和电能的损耗，同时避免破坏绝缘层。 涡流和电能的损耗，同时避免破坏绝缘层。 减少涡流的方法：增大回路的电阻。 减少涡流的方法：增大回路的电阻。 涡流与前面讲过的在线形闭合电路中的感应电流不同， 涡流与前面讲过的在线形闭合电路中的感应电流不同， 它是在整块金属内产生的感应电流。 它是在整块金属内产生的感应电流。 用硅钢片做变 压器的铁芯
•线圈转动与磁铁同向，但转速小于磁铁，即同向异步。 线圈转动与磁铁同向，但转速小于磁铁，即同向异步。 线圈转动与磁铁同向 •电磁阻尼是导体相对于磁场运动，而电磁驱动是磁场 电磁阻尼是导体相对于磁场运动， 电磁阻尼是导体相对于磁场运动 相对于导体运动。 相对于导体运动。安培力的作用都是阻碍它们间的相对 运动。 运动。
2、涡流的作用效果： 涡流的作用效果：
（1）应用
①热效应： 热效应：
电磁炉（炉盘下的线圈中通入交流电， 电磁炉（炉盘下的线圈中通入交流电，使炉 的金属中产生涡流，从而生热。） 盘上 的金属中产生涡流，从而生热。）
感应加热： 感应加热：高频感应炉
②机械效应
涡流制动： 涡流制动：
导体在磁场中运动时， 导体在磁场中运动时，感应电流使导体受到安培力而总是要 阻碍导体的相对运动的现象。 阻碍导体的相对运动的现象。 应用：磁电式仪表、电气机车的电磁制动、 应用：磁电式仪表、电气机车的电磁制动、阻尼摆等
涡电流定义.
14.4 .1 涡电流定义
当块状金属放在变化着的磁场中时,或者在磁场中运动时, 金属体内也将产生感应电流,这种电流的流线在金属体内 自行闭合,所以称为涡电流,也叫傅科电流.
E 涡
dl
d
dt
SB tFra bibliotekd
S
涡电流强度与交变 电流的频率成正比
接交变 电源
14.4 .1 涡电流的应用与危害 1.涡流热效应的应用与危害 (1)应用:感应加热(利用涡流热效应进行加热的方法)
如冶炼金属用的高频感应电炉. (2)危害:对变压器及电机运行不利
第一:它会导致铁心温度升高,从而危及线圈寿命,甚 至烧毁.第二消耗能量.
将铁心制成片状,之间加绝缘漆,切断涡流通路,减小涡流热.
2.涡流磁效应的应用----电磁阻尼
付科摆,在摆内开槽后阻力减小. 阻尼器可用于电学测量仪中,以使指针迅速稳定.
电磁阻尼 N
金属板由外向内运动
Pm
磁矩与磁场
方向相反，
金属板向弱
磁场运动
S
金属板由内向外运动 磁矩与磁场方向相 同，金属板向强磁
Pm场运动。
涡流的危害及其应用
涡电流的机械效应： 涡电流在磁场中所受到安培力 电磁阻尼：电磁仪表、电磁刹车等。 电磁驱动： 汽车驱动。 涡流探测：
③危害∶
变压器和电机中的涡电流产生焦耳热使能量损耗。 变压器和电机中的铁心过热使设备损坏。
④措施：
铁芯做成片状，涂敷绝缘材料，铁芯片尽 量电动势 导体或导体回路不动，由于磁场随时间变化，导体或导体
回路内产生的感应电动势。
问题：产生感应电动势的非静电力是什么？
1、在大量实验基础上，提出新概念，建立新理论。
2、在原有定律的基础上，提出合理假设，对原有定律作必要 的修正去解释新的现象，再通过新的实验现象验证假说的合 理性。
二、 感应电场（涡旋电场）-- 麦克斯韦假设 感应电场力 假设：变化的磁场将在其周围空间激发感应电场（涡旋场）。 三、涡电流 ① 产生： 当大块导体相对于磁场运 动或处于变化的磁场中 时,金属内部产生的自行闭合的涡旋状的感应电流。
dB dt
导体
②应用∶ 涡电流的热效应： 高频冶炼、焊接、加热、真空技术。
涡流的原理及应用
涡流的原理及应用●涡流的定义当金属导体处在变化着的磁场中或在磁场中运动时，由于电磁感应作用而在整块金属导体内会产生感应电动势，由于导体自身存在电阻，在导体内部便会产生电流，这种电流在导体中的分布随着导体的表面形状和磁通的分布而不同，其路径往往有如水中的漩涡，因此称为涡流。
由于金属导体本身存在电阻，所以涡流在导体中将产生热量，所消耗的能量来源于使导体运动的机械功，或者建立在磁场变化的能量，因涡流而导致的能量损耗称为涡流损耗。
涡流损耗的大小与磁场的变化方式、导体的运动、导体的几何形状、导体的磁导率和电导率等因素有关。
●涡流的好处与害处一般情况下，在实际应用过程中，都要避免涡流带来的能量损耗，比如电动机，变压器的线圈绕在铁芯上，当线圈中通过交变电流时，在铁芯中将产生涡流，涡流会使铁芯发热，不但消耗了能量，还有可能损毁电动机，因此应该想办法减小涡流，常见的措施有：增大铁芯材料的电阻率，常用表面涂有薄层绝缘漆或绝缘的氧化物硅钢片，并且用许多硅钢片叠合而成，整块金属的电阻很小，涡流很强，采用叠钢片可以将涡流限制在狭窄的薄片之内，回路中的电动势较小，回路长度较长，电阻较大，因此涡流较小，因涡流造成的损失也就较小。
当然，也可以利用涡流做成一些感应加热的设备，最常见的就是电磁炉，首先经过转换装置使电流变为高频交流电，将其加在感应加热线圈上，由此产生高频交变磁场，磁力线通过金属锅底时将产生强大的涡流，由于金属锅底的电阻存在，便会发生电能到磁能再到热能的转换，产生焦耳热，从而达到加热食品的目的。
●涡流的应用——涡流检测涡流在现实生活中的应用是十分广泛的，下面详细介绍涡流检测技术。
利用电磁感应原理，用通过检测被检工件内感生涡流的变化无损的评定导电材料及其工件的某些性能，或发现缺陷的检测方法称为涡流检测。
涡流检测是一种无损检测方法，是通过测量涡流传感器的电阻抗的变化值来实现的。
涡流检测的基本原理为：当载有交变电流的检测线圈靠近导电试件（相当于次级线圈）时，由电磁感应理论可知，与涡流伴生的感应磁场与原磁场叠加，使得检测线圈的复阻抗发生改变。
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涡流的应用及危害
涡流是一种物理现象，指的是在导电材料中，当磁场的强度或方向发生改变时，导电体内会产生感应电流，从而形成环流的现象。
涡流具有广泛的应用和一定的危害性。
涡流的应用：
1. 涡流制动：涡流制动是一种利用涡流效应实现制动的方法。
当导体快速通过磁场时，会产生涡流，涡流与导体运动方向相反，由此产生了制动力。
涡流制动广泛应用于列车、电梯和一些机械设备上，具有制动力稳定、无噪音和使用寿命长的特点。
2. 涡流加热：利用涡流的热效应可以实现涡流加热。
当导体通过交变磁场时，涡流会在导体内部产生，涡流通过导体产生热量，从而将导体加热。
涡流加热广泛应用于电磁炉、感应加热设备和工业加热等领域，具有加热均匀、效率高和加热速度快的优点。
3. 无损检测：涡流无损检测是一种利用涡流效应检测金属材料表面和内部缺陷的方法。
当涡流经过金属材料时，会与缺陷之间产生相互作用，从而改变涡流的强度或其他参数，通过测量这些变化来判断材料的质量。
涡流无损检测广泛应用于航空航天、汽车制造、金属加工等领域，具有高精度、非破坏、实时性好的特点。
4. 涡流电磁悬浮：涡流电磁悬浮是一种利用涡流效应实现悬浮和控制的技术。
当导体通过磁场时，产生的涡流与磁场之间会发生相互作用，从而形成一种稳定的悬浮力。
涡流电磁悬浮被广泛应用于磁悬浮列车、精密仪器、高速磨床等领域，具有悬浮稳定、响应速度快和摩擦损失小的特点。
涡流的危害：
1. 能源损耗：涡流产生时，会引起能量的损耗。
在一些设备和电路中，涡流引起的能量损耗往往是一种不可忽视的因素，需要通过优化设计和降低涡流损耗的方法来减少能源的浪费。
2. 热效应：由于涡流在导体内部产生热量，当涡流过大时，容易导致导体过热。
如果不能有效地散热，导致的高温可能会影响设备的性能、损坏导体材料甚至引发火灾等安全问题。
3. 电磁干扰：涡流产生的磁场可能对周围的电子设备产生干扰，影响设备的正常工作。
特别是在高频高压的环境下，涡流产生的电磁干扰会更加明显，需要采取屏蔽和防护措施来减少干扰。
4. 金属疲劳：涡流会在导体内部产生反复的电磁作用力，容易导致金属疲劳和波纹现象的产生。
对于一些需要长期使用的设备和结构，涡流引起的金属疲劳可能会导致设备的失效和安全隐患。
总之，涡流作为一种物理现象，在很多领域具有重要的应用价值，如制动、加热、无损检测和悬浮技术等。
但是，涡流也存在一些危害，如能源损耗、热效应、电磁干扰和金属疲劳等，需要在应用中加以合理的控制和管理。