涡电场与涡电流
涡电流原理及探伤技术介绍
四、涡电流探伤检测技术
（一）涡电流传感器的基本工作原理 1.当把通有交变电流的线圈(激磁线圈)靠近 导电物体时,线圈产生的交变磁场会在导电体中感 应出涡电流,该涡电流的分布及大小除了与激磁条 件有关外,还与导电体本身的电导率、磁导率、导 电体的形状与尺寸、导电体与激磁线圈间的距离、 导电体表面或近表面缺陷的存在或组织变化等都 有密切关系.涡电流本身也要产生交变磁场。
二、涡电流的产生
1.涡电流产生的基本电路
2.交流电的振幅与相位
頻率：f × 106Hz 角頻率：ω=2πf=2π/T 單位時間所繞的徑度 (rad/s) 正弦波的交流電流：i=I0Sinωt i：交流電瞬時值 I0：交流電最大值，即振幅 ωt：表示在時間t，交流電之相位 同理正弦波的交流電壓亦可表示為 υ=V0Sinωt 若正弦波有一相角 i=I0Sin(ωt＋θ)
3.涡电流产生机理
1.將载有交流电之激发线圈接近金属物体，使得金 属导体引发交流磁场，感应产生旋涡状电流。 2.产生的感应电流之振幅及相位會随导体特性(如导 电率、导磁系数)差异而变化，这些涡电流亦感应 交变磁场，以改变线圈之磁场。
三、涡电流在检测方面的应用
１、探伤：检测金属表面或次表面之瑕疵。 ２、检测物性： （a）检测金属物理性质（如导电率）。 （b）识别、控制热处理及加工条件。 ３、测量尺寸及定位： （a） 测量金属薄片及薄管厚度 (b) 测量涂层膜厚 (c) 精密测量微小尺寸变化
涡电流原理及探伤技术
刘国晖
一、什么是涡电流？ 在圆柱形铁芯上绕有螺线管，通有交 变电流 I，随着电流的变化，铁芯内磁通 量也在不断改变。我们把铁芯看作由一层 一层的圆筒状薄壳所组成，每层薄壳都相 当于一个回路。由于穿过每层薄壳横截面 的磁通量都在变化着，因此，在相应于每 层薄壳的这些回路中都将激起感应电动势 并形成环形的感应电流。我们把这种电流 叫做涡电流。
涡流高中知识点总结
涡流高中知识点总结一、涡流的形成机理当导体中有一变化的磁场，它将会激发导体中一个与主磁场相反方向的磁场而产生闭合的电流环。
通常情况下，直流电场并不能形成涡流，因为它对导体中的电子的作用过于缓慢。
在变化的磁场中，这些涡流是由导体中自由电子的运动产生的。
所以，这种现象常常出现在金属、铜、铝等电导体中。
因为导体中的电导率和磁导率是线性材料，所以涡流的形成和消失都是非常迅速的。
涡流具有磁动能作用。
当在导体中有电流流过时，它会产生一个磁场。
在有变化的磁场时，这种磁场引起涡流。
根据法拉第规律，变化的磁场将在导体中产生感应电流。
旋涡磁场将引起导体中一个与主磁场反向的磁场，由此导体中将产生一个封闭的电流环。
涡流相关的电流引起了非常强烈的感应磁场，具有磁动能作用。
涡流的能量转换效率是非常高的，因为涡流转化了电磁能。
但在时间尺度上涡流的分布范围和磁场强度都与其变化的时间尺度有关。
涡流也存在能流失现象。
二、涡流的引用与应用1、感应加热涡流加热是指通过感应电流产生涡流热效应来加热金属。
也就是说，利用磁感应效应使导体材料产生涡电流，并利用涡电流在导体内部的电阻产生热量，从而达到加热的目的。
涡电流是由外部的磁场引起的，所以它可以采用非接触的加热方式。
涡电流加热的特点是加热速度快，温度均匀，并且不会产生氧化和表面标记。
由于电磁感应加热的优点，很多工业过程中都采用了电磁感应加热，比如金属熔炼、热处理、焊接等。
2、非破坏性检测涡流作为一种非破坏性检测技术被广泛应用在工程领域。
通过利用感应电流在金属导体内的分布情况，可以检测导体中的缺陷、裂纹、变形等问题，从而确定材料的质量和性能。
由于涡流检测不会改变被测样品的外形和组织状态，因此被广泛用于汽车、航空航天、船舶、建筑等领域。
3、制动系统涡流制动是一种电磁涡流制动器，它可以将电能转换为机械能。
它的工作原理是在磁导体内引起涡流，从而产生阻力，实现制动的目的。
涡流制动具有制动力矩大、制动效率高、无污染、无噪音等优点，应用于各种机械设备的制动系统中。
涡旋电场的原理和应用
涡旋电场的原理和应用1. 引言涡旋电场是一种基于电磁理论的现象，它是一种特殊的电场形态，与传统的静电场和恒定电场不同。
涡旋电场在物理学、工程学和生物学等领域都有着广泛的应用，本文将介绍涡旋电场的原理和几个重要的应用案例。
2. 涡旋电场的原理涡旋电场是由电流在空间中形成的一种特殊电场形态。
当电流通过导线时，会产生一个磁场，而随着电流变化，导线周围的磁场也会随之变化。
这种变化的磁场会产生涡旋电场，它具有环形分布的特点。
涡旋电场中的电场线呈螺旋状，旋转方向与电流的方向有关。
3. 涡旋电场的应用涡旋电场在许多领域都有着重要的应用，下面将介绍其中几个典型的应用案例。
3.1 磁共振成像涡旋电场在核磁共振成像（NMR）中发挥着至关重要的作用。
核磁共振成像是一种基于核磁共振原理的无创影像技术，它可以对人体内部的结构进行精确的成像。
在核磁共振成像中，涡旋电场被用于产生梯度磁场，通过调整电流的大小和方向，可以实现对梯度磁场的精确控制，从而实现对成像空间的控制和优化。
3.2 电动车辆充电系统涡旋电场被广泛应用于电动车辆的无线充电系统中。
传统的电动车辆充电需要通过插座和充电线进行，充电效率低且不便于使用。
而基于涡旋电场的无线充电系统可以实现车辆在行驶过程中无线充电，提高充电效率和便利性。
该系统利用涡旋电场在空间中的传输性质，通过在地面部署一系列充电板，在车辆底部安装感应器，车辆经过充电板时，感应器可以接收到涡旋电场的能量并将其转化为电能进行充电。
3.3 无线通信技术涡旋电场在无线通信技术中也有广泛的应用。
传统的无线通信技术需要使用天线进行信号的发射和接收，而基于涡旋电场的无线通信技术可以实现更远距离、更高速率的数据传输。
该技术利用涡旋电场的传输性质，通过在发射端产生涡旋电场，并在接收端利用涡旋电场的感应效应进行信号的接收。
这种技术在军事通信、卫星通信和移动通信等领域有着广泛的应用。
3.4 医学诊断技术涡旋电场在医学诊断技术中也有着重要的应用。
10-2感生电场
1、变化的磁场产生感生电动势
2、感生电动势与涡旋电场的关系
3、涡旋电场的性质 4、涡电流（涡流）
5、感生电动势及感生电场的计算
一．变化的磁场产生感生电动势
当回路 1中电流发生 变化时，在回路 2中 出现感应电动势。
1
Φm 2
G
ε
R
动生电动势 非静电力 洛仑兹力 电磁感应 感生电动势 非静电力
导体MN在 t = 0 时， = 0 x y 求： (t )
× × × × ×
× B× ×
×
× × × × × × × ×
M
×
×
× ×
0
θ ×
×
×v ×
× × × ×
×
N
x
ds xtgdx d B ds kx cos t xtgdx (ktg ) x 2 cos tdx B dS
E感 0
讨论
（2） B ，则 B t 0
E 感 与 L 积分方向切向相反。
在圆柱体外，由于B=0 故 L上 B t 0 L E感 dl 0
于是 L上 E感 0
虽然 B t 在 L 上每点为0，但在 S 上则并非如此。 由图可知，这个圆面积包括柱体内部分的面积，而 柱体内 B t 0
B L E感 dl dS S t E 感 是涡旋场（非位场）
不能引入电位概念
由变化磁场产生
E 库 线是“有头有尾”的， E 感 线是“无头无尾”的
起于正电荷而终于负电荷 是一组闭合曲线
1 q E库 dS 0 S E 库是发散场，
感应电磁场中的涡旋与涡流现象
感应电磁场中的涡旋与涡流现象当我们谈论电磁现象时，涡旋和涡流是我们经常听到的两个词。
然而，很少有人真正了解这两个概念的起源和背后的原理。
本文将介绍感应电磁场中的涡旋和涡流现象，并解释它们与电磁学的关联。
在了解涡旋和涡流之前，我们首先需要回顾一些基本的电磁学知识。
电磁学是研究电和磁之间关系的学科。
其中，电场是由电荷产生的力场，而磁场则由磁荷产生的力场。
当电流通过一个导线时，会产生一个磁场，这就是感应电磁场的基本原理。
涡旋是一种流体或气体中的环状运动。
在电磁学中，涡旋是指磁场中的环状运动。
当磁场发生改变时，涡旋的环状运动也会随之改变。
这种改变是由法拉第电磁感应定律引发的。
法拉第电磁感应定律表明，当导体中的磁通量发生变化时，会在导体中产生感应电流。
涡流是指导体中由涡旋产生的环状电流。
涡流的强度与导体的电阻成正比，且与磁场强度和面积有关。
在涡流形成的过程中，导体中的自由电子会受到力的作用，从而形成环状的电流。
涡流的存在会消耗能量，并且会导致导体发热。
涡旋和涡流现象广泛应用于各个领域。
在电磁感应中，涡旋和涡流是电能转化为热能的主要机制之一。
这一机制被广泛应用于感应加热、磁悬浮等技术中。
在感应加热中，通过改变磁场的强度和频率，可以使导体表面发生涡流，从而将电能转化为热能。
这种技术被广泛应用于金属加热、感应炉等领域。
除了应用之外，涡旋和涡流现象还有一些有趣的性质。
例如，当涡旋和涡流在导体内部形成时，它们会产生反向的磁场。
这种磁场被称为涡旋磁场或涡流磁场。
涡旋磁场具有阻碍磁通量变化的作用，可以通过反向磁场来减弱磁通量的变化。
这一性质使得涡流磁场在电磁制动器和电磁刹车等装置中得到了广泛应用。
感应电磁场中的涡旋和涡流现象是电磁学中一个重要且有趣的领域。
涡旋在磁场中产生环状运动，而涡流是由涡旋产生的环状电流。
在应用中，涡流和涡旋有着广泛的应用，如感应加热和磁悬浮等。
此外，涡旋和涡流还具有一些有趣的性质，如涡流磁场的反向磁场作用。
13-4涡电流
解： 该圆管消耗的热功率
d p = ε dI =
P = ∫d p =
π
棒消耗功率（发热功率） 棒消耗功率（发热功率）
2
(nI0ω) σLr sin ωt d r
2 2 a 3
π
2
(nI0ω) σLsin ωt ∫ r d r
0
=
π
8
(nI0ω) a σLsin ωt
2 4 2
涡 电 流
P = (nI0ω) a σLsin ωt 8
感应淬火
涡 电 流
高频感应炉： 高频感应炉：利用金 属块中产生的涡流所发出 的热量使金属块熔化。 的热量使金属块熔化。具 有加热速度快、温度均匀、 有加热速度快、温度均匀、 易控制、 易控制、材料不受污染等 优点。 优点。
~
阻尼摆：在一些电磁仪表中， 阻尼摆：在一些电磁仪表中，常利用电磁阻尼 使摆动的指针迅速地停止在平衡位置上。 使摆动的指针迅速地停止在平衡位置上。电镀表中 的制动铝盘，也利用了电磁阻尼效应。 的制动铝盘，也利用了电磁阻尼效应。电气火车的 电磁制动器等也都是根据电磁阻尼的原理设计的。 电磁制动器等也都是根据电磁阻尼的原理设计的。
涡 电 流
线圈炮
轨道炮
I
× × × × × × × × B × × × × ×l × × ×
涡流的危害：变压器、电机铁芯发热。 涡流的危害：变压器、电机铁芯发热。
涡 电 流
例13-8 把一半径 为a，长度为 ，电导率为σ的圆柱 ，长度为L，电导率为σ 形金属棒放在螺线管内部。 形金属棒放在螺线管内部。螺线管单位长度上的匝 数为n，通以交变电流I=I 数为 ，通以交变电流 0cosωt, 求一个周期内消耗 ω 在金属棒内的平均功率（即发热功率）。 在金属棒内的平均功率（即发热功率）。
从涡旋电场谈涡旋电流概念的界定及其思考
。感生电动势 与涡旋
( L)
E
旋
dl
d S dB dt dt
1
很显然，涡旋电场 E旋 是非保守场即非势场，也就是
( L)
E
旋
dl 0
2.2 涡旋电流的概念 有关文献 7 在对涡旋电流的表述中， 往往都是以变化磁场或交变磁场为前提 的。一般地，处在变化磁场中的金属块，垂直磁 场方向的任意一个截面都可以看成是由若干个大 小不等的闭合金属环构成，这些闭合金属环就是 一个一个的闭合回路。当穿过这些闭合回路中的 磁通量随变化磁场发生变化时，每个回路中都会 产生涡旋状的感应电流，如图 1 所示。这种涡旋 状的感应电流就叫涡旋电流。 2.3 涡旋电流的本质 事实上，涡旋电流的本质上是由于涡旋电场在闭合回路中产生的感应电流， 至于所谓的“涡旋状”只是在金属块构成的特定电流回路中的具体体现。
i B
~
i
图1 涡旋电流
Байду номын сангаас
Ii fu fi Iu Ii fu
图2
涡旋电场中感应电 源与涡旋电流分布
图3 感应电能表铝盘
涡旋电流的电流回路有一个重要的特征， 也就是涡旋电流回路中的任一部分 都相当于一个电磁感应电源， 如图 2 所示。这是由感生电动势激发出的涡旋电场 所决定的。 3 思考与讨论 基于上述对涡旋电流概念表述中的前提条件和涡旋电流与涡旋电场之间的
(a)
辐条与圆环构 成的铜丝圆盘
(b)
磁针的磁场 呈对称分布
(c )
铜丝圆盘中感应 电源与电流分布
图4 阿拉果铜盘改进实验
的感应电流 [ 9 ] 和法拉第圆盘发电机中的感应电流都是径向电流。 径向电流的特征是其电流回路中只有做切割磁感线运动的部分才是电磁感 应电源。 在定轴转动的金属块中，电磁感应电源就是相对于转动轴的每一根绕轴 转动的辐条，即转动半径。
涡电流的形成效应及发展前景
涡电流的形成效应及发展前景摘要：由麦克斯韦电磁学为出发点，从根本上分析涡流产生的原因和必备条件，阐述了其在日常生活中的应用，如涡电流分选，冶炼高纯度金属和电磁阻尼等，以及要避免其带来的诸如过大电流耗损设备的危害；并强调了要积极发掘涡电流的用处，以更好地利用能源和服务生活，最后提出了对于涡电流研究的希望。
关键词：涡电流，涡流分选，电磁阻尼，电感，叠合硅钢片，趋肤效应曾几何时以为空气是世间最普遍的物质，曾几何时以为光线是世间最快的物质，然而，现在所见识的电磁却远远得将它们落在了后面，成为这个世界随处可感而又必不可少的现象。
随处可见的电磁学科学产物，向我们表明了电磁感应深远的影响已经渗透到我们生活的方方面面。
此文借以生活中常见的涡电流现象来一窥电磁学在我们生活中的重要作用。
由麦克斯韦的电磁学理论我们知道，变化的磁场总是可以在其周围产生电场，当线圈在极细的导线周围时，我们可以忽略其所产生的感应电流，然而当大块导体在磁场中运动或处于变化的磁场中时，在这块导体中就会出现感应电流。
在一般情况下我们将导体内部感生的电流称为傅科电流。
按照电磁感应定律只要导体在磁场中具有切割的现象，即出现磁通量的变化即有可能产生相应的感应电流，或者说产生感应电动势。
又由于导体内部处处可以构成回路，任一回路所包围的磁通量都在变化，因此这种电流在到体内，自行闭合，形成涡旋状，也就是所谓的涡电流，简称为涡流。
由此可知导体位于可变的磁场中，就会产生涡流，最常见的也就 是变压器的铁心了，由于产生的电流都为交流电流，所以其所产生的磁场也必然不断发生变化，由此导致铁芯产生感应电动势，进而产生涡电流。
类似我们日常所见的导电螺线管，将其中的管换为圆柱形铁芯，再通以交变电流I ，随着电流的变化，铁芯内磁通量也在不断改变。
铁芯可看作有一层一层的圆筒状薄壳构成，每层薄壳都相当于一个回路。
既如此我们知道根据变化磁场周围产生电场，于是在相当于层层薄壳的的这些回路中都将及其感应电动势，进一步形成所谓的涡电流。
涡电流的原理和应用
涡电流的原理和应用下面是小编整理的涡电流的原理和应用的论文，欢迎各位物理学毕业的同学借鉴!摘要：本文从涡电流产生和应用利弊的角度对涡电流作了简要的介绍。
关键词：涡电流原理应用涡电流与我们的生产、生活有密切的联系。
小到微波炉、电磁炉、热水器等生活用具，大到冶金、国防、机械加工等部门及铸、锻和船舶、飞机、汽车制造等行业中都有涡电流的应用。
在高中物理中，学生会初步学习涡电流的知识，主要应用于楞次定律和法拉第电磁感应定律等理论分析，对于涡电流在实际生产、生活中的应用及其优缺点却没有涉及。
青少年学生喜欢探索科学，求知欲强，对神秘的电磁现象尤为感兴趣。
如果教师能够在教学过程中适当引入涡电流的应用知识，就可以拉近理论与实际的距离，激发学生的学习兴趣，提高学生的观察思考能力，为学生的全面发展打下良好基础。
本文从涡电流产生和应用利弊的角度，对涡电流作简要介绍。
一、涡电流的认识涡电流(又称为傅科电流)现象，在1851年被法国物理学家莱昂傅科所发现。
是由于一个移动的磁场与金属导体相交，或是由移动的金属导体与磁场垂直交会所产生。
简而言之，这是一种特殊的电磁感应现象，原因是：金属处于变化的磁场(或在磁场中运动)时，穿过金属导体内自成闭合回路的磁通量发生变化，产生了一个在导体内循环的电流。
在划桨的时候，带起水面的局部漩涡，也是一种类似涡电流的情形。
如右图所示：在一根导体外面绕上线圈，并把线圈通交流电，则线圈就产生交变磁场。
线圈中间的导体在圆周方向可以等效成一圈圈的闭合回路，由于穿过每个闭合回路的磁通量都在变化着，因此在相应于这些回路中都将激起感应电动势(这样产生的感应电动势属于感生电动势)，并形成环形的感应电流，即涡电流。
由于金属导体的电阻很小，涡电流很大，因此热效应极其显著。
并且可以知道感应加热是靠感应线圈把电能传递给要加热的金属，然后电能在金属内部转变为热能。
感应线圈与被加热金属并不需要直接接触，能量是通过电磁感应传递的。
涡电流及其典型效应
涡电流及其典型效应在许多电磁设备中常有大块的金属存在,当这些金属块在某方向上处在变化的磁场中或相对于磁场运动时,则在绕此方向为轴的平面内会有涡旋电场;因而在其内部以此为轴形成涡旋电流,简称为涡流,有时亦称付科电流.由于大块金属的电阻较小,因而涡流往往可达到非常大的强度.对于涡流,有三种典型的效应,下面分别介绍。
5.1热效应强大的涡流在金属内流动时,会释放出大量的焦耳热.工业上利用这种热效应,将通有大功率高频交变电流的特制线圈绕在冶金坩埚的外缘,从而制成高频感应电炉来冶炼金属.但涡流所产生的热效应在电机、变压器等工程技术中却是非常有害的,因而采用与磁通横向的彼此绝缘的迭压硅钢片作为铁芯,以减少涡流损耗及磁滞损耗。
5.2机械效应——电磁阻尼与电磁驱动金属与磁铁之间发生相对运动时,金属内部会产生涡流,涡流是由于它们之间发生相对运动而引起的,因而涡流是会阻碍它们之间的相对运动的,这就是涡流的机械效应。
一方面,若将铜片或铝片悬挂在电磁铁的两极之间作为一个摆,当电磁铁的励磁线圈未通电时,铜片或铝片可以自由摆动,需经过较长的时间才能停下来.但当电磁铁的励磁线圈通电之后,由于穿过运动铜片或铝片的磁通量发生变化,铜片或铝片内将产生涡流.根据电磁感应定律,涡流的效果总是要反抗引起感应电流的原因,所以铜片或铝片的摆动就要受到阻力而迅速停止.在许多电磁仪表中,为了在测量时使指针的摆动能够迅速停止下来,采用类似的电磁阻尼装置.因此涡流的电磁阻尼作用实际上是一种阻碍相对运动的作用。
另一方面,若将可以转动的金属圆盘紧靠磁铁的两极而不接触,则当磁铁旋转时,金属圆盘中产生的涡流将阻碍它与磁铁的相对运动,因而使得金属圆盘跟随磁铁旋转起来.这里,涡流的机械效应表现为电磁驱动.这种驱动作用是因磁铁的旋转而引起的,所以金属圆盘的转速总小于磁铁的转速,这两种转速是异步的.感应式异步电动机就是根据这个道理制成的。
无声的力量--涡电流
無聲的力量--渦電流校名：東光國小指導老師：黃俊傑、林群雄一、旨趣：（一）藉由觀察強力磁鐵與不同材質空心管的作用，瞭解渦電流產生的現象。
（二）由操作中，學習影響渦電流產生的因素。
（三）能培養悉心觀察與肯思考的科學態度。
二、實驗器材：各式強力磁鐵、鋁環、鋁管、L（ㄇ）型長鋁片、鉛管、空心紙棒、空心木棒、塑膠管、塑膠積木、木質積木、橡皮擦、吸管、棉線、固定架三、活動過程：（一）將磁鐵放置於不同材質的直立空心管中，觀察磁鐵往下落的情形。
（二）將磁力大小不同的磁鐵放置於相同的直立空心鋁管中，觀察磁鐵往下落的情形。
（三）分別將橡皮擦、塑膠積木、木質積木及強力磁鐵分別放置於L（ㄇ）型長鋁片斜面上，觀察比較它滑下來的情形。
（四）將鋁環用線綁好懸空並用支架固定。
把磁鐵棒慢慢的穿過鋁環，觀察鋁環和磁鐵的交互作用後；再將磁棒慢慢的移出鋁環，觀察鋁環和磁鐵的交互作用。
鋁環四、原理探討：（一）磁鐵、積木、橡皮擦在非金屬材質的空心管中落下時，為自由落體。
（二）當磁鐵由空心鋁管中落下時，鋁管表面會產生漩渦狀的感應電流（渦電流）來抵抗磁鐵的磁力，而使磁鐵滑下來的速度變慢。
※磁力不同，下滑速度不同（三）當塑膠、木塊、磁鐵在L型的鋁片斜面上向下滑時，磁鐵會因鋁片表面產生了渦電流而使下滑速度變慢。
（四）當磁鐵慢慢通過鋁環再慢慢移出時，鋁環上會因產生渦電流而有排斥、吸引磁鐵現象的出現。
（冷次定律）※磁力越強，吸引排斥的情形越明顯。
五、應用：（一）電磁爐—1、爐內導體形成渦電流時，導體有電阻，會產生熱，因此利用渦電流生熱原理可製成加熱用的電磁爐。
2、電磁爐內有感應線圈，當通以交流電時，線圈內產生上下交變磁場，使爐上的金屬鍋具產生渦電流而生熱，再經由鍋具及其內食物傳導、對流等作用達到加熱效果。
（二）變壓器中的鐵心利用層片以降低渦電流—將大塊金屬改成由許多片狀金屬組成，各金屬片間以絕緣物質隔開，使每片金屬的截面積很小，所造成的感應電流變小，熱耗損便減小。
涡电流传感器原理
涡电流传感器原理涡电流传感器（Eddy Current Sensor）是一种非接触式传感器，常用于测量金属材料的位移、振动、压力或导体材料的电导率等物理量。
其原理基于涡电流效应，涡电流是指当导体材料被交变电磁场穿过时，在导体内产生的一种涡旋状电流。
涡电流传感器利用这种电流的特性进行测量和探测。
涡电流传感器的基本原理是利用感应电磁场产生的涡电流及其对传感器特性的影响来实现测量。
传感器通常由两个部分组成：一是电感线圈，二是敏感区域（probe tip）。
当电感线圈受到交变电流激磁时，会生成一个激励电磁场。
当传感器靠近或接触到导体材料时，导体中会感应出一个涡电流。
涡电流在导体内导致了一个局部的、相对比较弱的感应电磁场。
当导体靠近或远离传感器时，涡电流的大小和方向也会发生变化，进而影响到感应电磁场的强度和方向。
敏感区域（probe tip）是传感器的关键部分，通常由金属或合金制成。
当该区域与导体接触时，感应电磁场的变化会导致电流通过敏感区域产生额外的涡电流。
这些额外的涡电流在电感线圈中感应出一个二次电流。
由于这个二次电流与涡电流的相互作用，传感器的输出特性就发生了变化，进而可以通过测量这个输出特性来得到所需测量物理量的值。
涡电流传感器的输出信号可以是电流、电压或频率等形式。
通常情况下，传感器的输出信号与被测量物理量之间存在一定的线性关系。
因此，可以通过校准传感器来建立一个准确的输入和输出关系，从而实现对被测量物理量的准确测量。
涡电流传感器具有许多优点。
首先，由于传感器是非接触式的，因此可以实现对非接触材料的测量。
此外，传感器不会对被测物体造成损伤，因为其工作过程中没有物理接触。
传感器对温度、湿度等环境因素的影响较小，具有较好的稳定性。
此外，由于敏感区域可以设计成极小的尺寸，传感器还可以用于测量微小的位移或压力。
总之，涡电流传感器是一种基于涡电流效应的传感器，利用材料中感应出的涡电流对传感器特性的影响来进行测量。
从涡旋电场谈涡旋电流概念的界定及其思考
摘要：传统观念中，对涡旋电流概念的理解和界定存在模糊感，这不利于对客观物理问 题本质的深度认识。 本文结合涡旋电场产生感生电动势形成的电流回路的角度， 从本质上审 视和重新认识涡旋电流，并提出关于涡旋电流概念的界定原则予以思考与讨论。 关键词：涡旋电场 涡旋电流 径向电流 电磁感应 阿拉果铜盘实验
1 问题的提出 2015 年， 一道关于阿拉果铜盘实验的高考试题 1 ，引起物理教学界对涡旋电 流的一场激烈的争论， 争论的缘由在于对涡旋电流概念的模糊认识，多家物理专 业杂志对此已刊发了大量文章 2 ~5 。然而，这场争论尚未结束。 目前， 在对涡旋电流认识的传统观念中，大都仅局限于在金属块中对涡旋电 流形状上的片面而粗浅的认识， 而未能从其本质上进行深刻的理解。这是一种模 糊的认识观，不利于对客观物理问题的深度认识和处理。正因如此，涡旋电流就 成为物理教学中长期讨论的话题。因此，很有必要从涡旋电流的本质上去审视和 认识涡旋电流。 2 涡旋电场与涡旋电流 涡旋电场与涡旋电流的概念有着很大的差别，但是，它们之间存在着密不可 分的重要关系。 2.1 涡旋电场的产生 根据法拉第电磁感应定律和麦克斯韦电磁理论， 当某一固定回路 L 所围的面 积为 S 的区域由于磁感应强度 B 发生变化引起其磁通量 变化时， 将产生感生电 动势 并在磁场区域及其周围空间激发出涡旋电场 E旋 电场 E旋 之间的关系为
4
2
关系以及涡旋电流的本质特征， 这里提出关于涡旋电流概念的界定原则予以思考 与讨论。 （1）由于涡旋电场产生的感应电流就叫做涡旋电流。比如，如图 3 所示的 感应电能表铝盘中的感应电流 [8] 和电磁炉中的感应电流都是涡旋电流。 在涡旋电流产生的过程中， 激发涡旋电场的变化磁场，包括自身强弱或方向 发生变化的电流产生的变化磁场和磁体与电流回路之间发生非切割磁感线运动 引起的变化磁场。 （2）相对于涡旋电流而言，可以将由于导体与磁场之间的相对切割磁感线 运动产生的感应电流称为径向电流。比如，如图 4 所示的阿拉果铜盘改进实验中
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。
涡旋电场与涡旋磁场的辐射特性电磁感应的能量传播
涡旋电场与涡旋磁场的辐射特性电磁感应的能量传播涡旋电场与涡旋磁场的辐射特性和电磁感应的能量传播引言：电磁波作为一种重要的能量传播方式，在现代科学和通信领域具有广泛的应用。
涡旋电场和涡旋磁场是电磁波的两个重要组成部分，在辐射特性和能量传播方面具有独特的特性。
本文将探讨涡旋电场和涡旋磁场的辐射特性以及电磁感应的能量传播。
一、涡旋电场的辐射特性涡旋电场是在电磁波传播中产生的旋转电场分布。
它的特点是具有旋转的电场线，并以旋转的方式向外传播。
涡旋电场的辐射特性主要包括辐射远场强度和辐射角度分布。
在辐射远场强度方面，涡旋电场的强度随着距离的增加而逐渐减小，服从远场传播行为。
而在辐射角度分布方面，涡旋电场具有特殊的旋转分布特性，其电场线具有螺旋形状，形成一个旋转的螺线管。
在实际应用中，涡旋电场的辐射特性对于电磁波的成像和信号传输具有重要意义。
二、涡旋磁场的辐射特性涡旋磁场是在电磁波传播中产生的旋转磁场分布。
它与涡旋电场相互作用，共同构成电磁波的辐射特性。
涡旋磁场的辐射特性主要包括辐射远场强度和辐射角度分布。
在辐射远场强度方面，涡旋磁场的强度同样随着距离的增加而逐渐减小，但相对于涡旋电场而言，涡旋磁场的强度较弱。
在辐射角度分布方面，涡旋磁场同样具有旋转分布特性，其磁场线也具有螺旋形状，呈现出一个旋转的螺旋管。
涡旋磁场的辐射特性对于电磁波的检测和定位具有重要意义。
三、电磁感应的能量传播电磁感应是指通过磁场的变化产生感应电流的现象。
在电磁波传播中，涡旋电场和涡旋磁场的交互作用会引发电磁感应现象。
涡旋电场和涡旋磁场的变化会激发感应电流的产生，从而使能量在空间中传播。
在能量传播中，感应电流的强度和分布起着重要的作用。
通过控制涡旋电场和涡旋磁场的分布和变化，可以实现电磁波的聚焦和定向传播。
电磁感应的能量传播是电磁波传播和应用的基础。
结论：涡旋电场和涡旋磁场作为电磁波的组成部分，在辐射特性和能量传播方面具有独特的特性。
它们在电磁波的成像、信号传输、定位和应用等方面发挥着重要作用。
涡电流——精选推荐
题目：涡流的应用摘要：本文的主要内容是介绍涡电流产生的几种机制及其应用，重点在于介绍电磁炉、傅科摆和其他一些电学仪器的工作原理，从而加深对涡流的理解；同时也对涡流的危害进行相关的分析及如何消除危害。
关键字：涡流、高频电流、电磁感应、电磁炉引言：我们在学习《电磁学》中，经常接触过涡电流的概念，而且日常生活中也有不少电器应用了涡电流的相关性质、作用，其中最常见的当属电磁炉了；在物理实验中也会经常接触电学仪器，其中都应用到了涡流的相关的效应。
我们对电磁炉及其他一些电学测量仪器应当不陌生，但是对于涡电流却感觉比较抽象，不好理解。
所以我就着电磁炉及其他电学仪表的工作原理，对涡电流进行分析。
1.1涡电流1.1.1 概念当整块金属内部的电子受到某种非静电力（电磁感应情况下的磁洛沦兹力或感生电场力就是这种非静电力的常见例子）时，金属内部就会出现电流，由这两种力在整块金属内部引起的感应电流叫做涡电流，简称涡流。
由于多数金属的电阻率很小，因此不大的非静电力往往可以激起强大的涡流，如下图1-1表示一个铁心的线圈通过交变电流时在铁心的内部激起的涡流，它是由变化的磁场激发的感生电场引起的。
图1-1 铁心中的涡电流1.1.2 热效应涡电流在金属块内流动时,释放出大量的焦耳热。
用交流线圈激发交变磁场，使放置在交变磁场中的金属块内产生涡电流而被加热，这叫做感应加热。
在变压器、交流电机等交流设备的铁芯中，线圈中交变电流所引起的涡电流导致能量损耗，叫做涡流损耗。
1.1.3机械效应电磁阻尼涡电流还可以起到阻尼作用。
利用磁场对金属板的这种阻尼作用，可制成各种电动阻尼器。
电磁驱动这是对"电磁阻尼作用起着阻碍相对运动"的另一种形式的应用。
1.1.4趋肤效应一段均匀的柱状导体通过直流电流时，电流密度在导体横截面上是均匀分布的。
然而，交谈电流通过导体时就不这么简单。
由于交谈电流激发的交变磁场会在导体内部引起涡流，电流密度在导体横截面上不再均匀分布，而是越靠近导体表面处电流密度越大，这种交变电流电流倾向于集中在导体表面的效应叫做趋肤效应。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
涡电场与涡电流
姓名：周琳
学号：5100309339
班级：F1003006
指导老师：李翠莲
摘要：本文介绍了涡电流的起源、性质、应用、发展现状和未来潜在发展方向，重点介绍了涡电流的热效应、趋肤效应、机械效应及其实际应用，引用了当前关于涡电流的相关研究成果，提出了对于未来应用和理论研究方向的大胆预测。
Abstract:This passage mainly introduces the origin,properties,application,current situation and potential research direction of the eddy current.Heat effect,skin
effect,mechanical effect and their practical application are explained in details.Some latest researches are cited and several bold predictions about the current are given at the end of the passage.
1.涡电流的起源
电磁感应（Electromagnetic induction）现象是指变化磁通量中的导体中会产生电动势，此电动势称为感应电动势或感生电动势。
如果该导体形成了闭合回路，则在此闭合回路中产生感应电流。
电磁感应现象是1831年由迈克尔·法拉第发现的。
涡旋电流是指在变化磁场中的金属导体内部产生的电流。
该现象于1855年，由法国科学家莱昂·傅科发现。
他发现，在磁场中的运动圆盘因电磁感应而产生电流，因电流呈涡旋状，称为涡旋电流。
图1涡电流的产生示意图【1
】如图所示，在一根导体外面绕上线圈（设匝数为n ，设导体横截面积为S ），并让线圈通入交变电流m I Imsin t ω=（公式1）
那么在导体所在空间会产生图示方向的磁感应强度，大小为
Im sin B nI u t µω==（公式2）因而在导体中会产生感生电动势，大小为
()Im cos d d BS dB S Su t dt dt dt ϕξωω=−=−=−=−（公式3）
设整块金属导体的电阻为R ，则感生电流大小为
Im cos Su t I R R ξωω−==感（公式4）
负号表示涡电流方向与外加电流方向相反。
由于感生电流呈涡旋状，因而称为涡电流。
3.1.热效应
概念：处于变化磁场中的导体由于产生涡电流而放出焦耳热的现象。
电流具有热效应，由热功率公式，将上面公式中的I 感带入即有
222
(Im cos )(Im cos )Su t Su t P R R R ξωωωω−===（公式5）
由该公式可知，对于金属导体，其电阻越小，热功率越大。
3.2.趋肤效应
概念：高频电流在导体截面不均匀分布的现象，其电流密度分布如图2
图2电流密度在导体横截面上的分布
截面上电流密度的分布满足公式
(/)0d ds j j e −=（公式6）
其中为导体截面最外侧的电流密度，d 为距导体表面的距离，ds 为趋肤深度，满足公式
3.3.机械效应
概念：由于导体和磁场之间的相对运动而在导体中产生感生电流，从而驱动或阻碍导体运动的现象，可分为电磁驱动和电磁阻尼。
图三是涡电流机械效应演示装置
图三涡电流机械效应演示装置【2】
【实验原理】：根据法拉第电磁感应定律，当磁铁与金属材料之间有相对运动时，金属材料内就会形成涡电流，涡电流的存在就会阻碍磁铁和金属之间的相对运动。
涡电流越大，这种阻碍作用就会越强，而涡电流的强弱在材料一定的情况下，与材料的形状、大小密切相关。
【实验步骤】：让一块磁铁分别从三个一定高度的中空铝管（A 、B 、C ）顶端落下，其中A 是管壁完好的铝管，B 是管壁上开有狭缝的铝管，C 是管壁上加工出许多圆孔的铝管。
观察并比较在三种情况下磁铁下落的快慢情况。
【实验现象及解释】：磁铁在A 管中下落得最慢，而在B 管中下落速最快。
这是因为管壁完整的铝管有助于形成涡电流，磁铁受到的阻碍作最强，故下落最慢；管壁上有一条缝时，由于缝的阻断作用，涡电流不易形成，磁铁受到的阻碍作用最弱，故磁铁在其中下落最快；管壁上开许多孔的铝管，虽有阻断涡电流的作用，但没有开缝的阻断作用强，故磁铁在其中落下时，速度介于A 、B 之间。
4.涡电流效应的应用与避免
4.1.热效应的应用与避免
当金属导体电阻较小时，热功率
2
(Im cos )Su t P R ωω=（公式5）
较大，在短时间内可以释放大量的焦耳热，因而可以用来加热原材料。
生产生活中的实际应用为：用于冶炼钢铁的高频感应炉（图4）和家庭常用的电磁灶（图5）。
图4电流热效应的实际应用
然而，对于变压器和电机，其磁芯产生电流的热效应，会影响其正常工作。
因而，在这种情况下，我们要避免或者减少涡电流的热效应。
由电阻公式
l
R S ρ=（公式7）
可知，在截面一定的情况下，使用电阻率更小的材料或者减小导体高度可以减少涡电流的热效应。
工程实践中经常采用的方法是：1、用互相绝缘的硅钢片代替整块的磁芯（图6）；
2、使用电阻率更小的材料
图5用硅钢片代替磁芯减小涡电流热效应
4.2.趋肤效应的避免
趋肤效应的存在降低了电流传导的有效面积，增大了导线的等效电阻。
为了缓解趋肤效应的影响，增大导线的有效载流面积，减小导线等效电阻，通常采用一下方法：1)
表面镀银以减小电阻（银的电阻率小）；2)
将导体挖空中心，制成圆筒状；3)将大直径的粗导线用多股相互绝缘额细导线编制成束代替。
4.3.机械效应的应用
电磁阻尼广泛应用与磁电式仪表，如电流表、电压表（图7）等。
图6机械效应的应用举例
图6对电磁阻尼在磁电式仪表中的应用做了理论解释。
当指针向如图所示方向偏转时，在线圈中会产生涡电流，从而产生如图所示的受力，由于力矩与指针偏转角速度方向相反，因而阻碍了指针的偏转，是指针稳定下来便于读数。
此外，电磁驱动可应用与感应式异步电动机（图7）。
5.发展现状
涡电流从19世纪被发现至今，已经广泛应用于生活生产的各个方面，涡电流分选机、涡电流传感器、涡电流导电仪等一系列产品的出现是涡电流应用的一个典型。
下面本文结合涡电流相关理论研究方面给出较新的两个研究结果。
5.1.饱和材料涡电流的处理
电动机的涡电流影响其正常运行，需要进行处理。
然而，线性材料的涡电流可以通过简单方式较小，但饱和材料的涡电流则不宜不易消除。
半分析法和班经验方法被引进来处理这
类问题。
麻省理工大学James L.Kirtley Jr.的课程将以里面详细讲述了此方面内容。
【3】
5.2.趋肤效应的实际计算
趋肤效应导致的电流分布可以从实验测得，但理论方面的计算有一定难度。
以麦克斯韦方程组为基础，运用菲涅尔公式的求解方法被引入来进行实际计算，分析了趋肤效应的理论原因，计算趋肤效应的电流分布并分析了趋肤深度，重庆文理学院对此方面的内容进行了分析整理。
【4】
部分直径铜线的趋肤深度和等效电阻如下表所示：
表1部分直径铜线的趋肤效应
【此数据来源于豆丁文档/p-88401522.html】
6.发展前景预测
6.1.热效应的进一步应用和热效率的提高
我电流的热效应在生活生产中虽然已经有了长远的应用，但其应用的广度和深度还有待提高。
怎么进一步一搞热效应的利用效率，怎么拓宽热效应到微观领域的应用可能是接下来的研究课题之一。
6.2.趋肤效应的进一步计算和阐明
趋肤效应的基础解释比较明显，但深究其理论原因和电流密度分布的实际情况，则还需要我们更深入一步，从理论的层次给出更加普遍，更加合理的解释。
趋肤效应的运用和避免则会是人们继续研究的课题。
究竟该用直径多细的导线，用多少根这样的导线才能最合理地传输高压电？这或许是工程实践和理论分析共同面临的难题。
6.3.机械效应和其他理论的结合
电磁阻尼是否可以应用于实际，是否可以大胆畅想电磁阻尼用于车辆的避碰？电磁驱动又是否可以和发电机联系在一起，让转动的磁铁带动线圈转动，让能量的产生和输出同步进行，虽然不可能实现百分百的效率，那么能达到多高的利用效率呢？或许，未来的科学研究
会解开我们所有的疑问。
6.4.涡电流的综合应用值得期待
涡电流的众多效应在应用时是被隔绝开来的，如果多重效应结合起来是否也可以产生某种实际的应用，用到生产或生活的某个角落。
综合应用涡电流会带来怎样的惊喜，又会有怎样的挑战和困难？涡电流综合应用的探索值得期待。
7.参考资料
【1】百度百科——涡电流
【2】北京航空航天大学课程网站
【3】涡流电流，表面阻抗和损耗机理James L.Kirtley Jr.2005年9月麻省理工大学
【4】趋肤效应的理论研究与解析计算石东平唐祖义陈武重庆理工大学
【5】豆丁文档趋肤效应的计算。