涡电流及其典型效应
涡电流的原理及应用
涡电流的原理及应用1. 原理涡电流（eddy current）是一种磁性材料中的电流。
当一个导体材料遭遇到变化的磁场时，会在其内部产生闭合电流环，这就是涡电流。
涡电流的产生是由于磁感线在导体中的磁通量发生变化，从而诱导出电流。
涡电流产生的原理基于法拉第电磁感应定律和楞次定律。
根据法拉第电磁感应定律，磁场发生变化时，会在导体中产生感应电动势。
而根据楞次定律，产生的感应电流会反向抵消磁场变化的原因。
涡电流的产生会导致一些能量的损耗，并且产生局部加热效应。
涡电流的大小和方向会受到材料的导电率、磁场的变化率以及导体的几何形状等因素的影响。
2. 应用涡电流具有广泛的应用领域，以下列举了几个常见的应用：2.1 无损检测涡电流的非接触性和敏感性使其成为无损检测的重要工具。
通过测量涡电流的变化，可以检测材料中的缺陷、裂纹和变形等问题。
这些信息有助于判断材料的健康程度并进行相应的维修和更换。
涡流探头是无损检测中常用的工具，通常由线圈制成。
当探头接近材料表面时，磁场的变化会引起涡电流的产生。
通过测量涡电流的强度和变化，可以判断材料的表面缺陷情况。
2.2 感应加热涡电流的局部加热效应使其在感应加热方面得到广泛应用。
利用涡电流产生的局部加热效应，可以实现对材料的快速加热。
这种加热方式可以节约能源和提高加热效率。
在工业领域中，感应加热常用于熔化金属、焊接、淬火和热处理等工艺。
2.3 回收利用涡电流在回收利用中起到了重要的作用。
通过利用涡电流的非接触性和敏感性，可以对复杂的物品进行回收利用。
例如，在废旧金属回收中，可以利用涡电流技术将不同种类的金属进行分离和分类。
2.4 电磁制动涡电流也可以用于电磁制动技术中。
在电磁制动中，通过产生涡电流来制动运动物体。
这一技术常用于高速列车和电动车辆中，可以实现快速制动和能量回收。
结论涡电流作为一种磁性材料中的电流，具有广泛的应用领域。
它的产生原理基于法拉第电磁感应定律和楞次定律，通过变化的磁场诱导出导体内的闭合电流环。
涡电流
抽真空
2.用涡电流加热金属电极
在制造电子管、显 像管或激光管时，在做 好后要抽气封口，但管 子里金属电极上吸附的 气体不易很快放出，必 须加热到高温才能放出 而被抽走,利用涡电流加 热的方法，一边加热， 一边抽气，然后封口。
§4.涡电流 / 二、 涡电流的应用
抽真空
§4.涡电流 / 三、 涡电流的危害
对于电动机的转子和定子也都是用 片状的软磁性材料叠合制成的。
§4.涡电流 / 三、 涡电流的危害
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§4.涡电流
涡电流
设计制作
干耀国
山东科技大学济南校区
§4.涡电流
§4.涡电流 / 二、 涡电流的应用
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三、涡电流的危害
由于涡电流在导体中产生热效应， 在制造变压器时，就不能把铁心制成实 心的，这样在变压器工作时在铁心中产 生较大的涡电流，使铁心发热，造成漆 包线绝缘性能下降，引发事故。 因此在制作变压器铁心 时，用多片硅钢片叠合 而成，使导体横截面减 小，涡电流也较小。
涡电流
一、涡电流
将导体放入变 化的磁场中时，由 于在变化的磁场周 围存在着涡旋的感 生电场，感生电场 作用在导体内的自 由电荷上，使电荷 运动，形成涡电流。
§4.涡电流 / 一、 涡电流
dB 0 dt
I涡
二、涡电流的应用
1.工频感应炉的应用
在冶金工业中， 某些熔化活泼的稀有 金属在高温下容易氧 化，将其放在真空环 境中的坩埚中，坩埚 外绕着通有交流电的 线圈，对金属加热， 防止氧化。
显像管
接高频发生器
3.电磁炉 在市面上出售的一种 加热炊具----电磁炉。这种 电磁炉加热时炉体本身并 不发热，在炉内有一线圈， 当接通交流电时，在炉体 周围产生交变的磁场， 当金属容器放在炉上时，在容器上产生涡 电流，使容器发热，达到加热食物的目的。
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）。
实际应用涡电流原理的例子
实际应用涡电流原理的例子涡电流原理简介涡电流是在导体中产生的一种环形电流，它由磁场变化引起。
涡电流会对导体和周围环境产生一定的影响，因此在实际应用中具有广泛的应用。
本文将介绍涡电流的基本原理，并提供一些实际应用涡电流的例子。
涡电流的基本原理涡电流的产生是基于法拉第电磁感应定律。
当导体所处的磁场发生变化时，导体中会产生涡电流来抵消这种变化。
涡电流的产生会消耗能量，并产生热量。
涡电流的大小与磁场变化的速度、导体的电导率、导体形状和磁场方向等因素有关。
实际应用涡电流的例子1. 金属探测器金属探测器是一种常见的应用涡电流原理的例子。
金属探测器通过发射出的交变磁场与地下的金属物体进行交互作用，从而产生涡电流。
涡电流的产生会改变探测器内部的电路状态，进而被探测器检测到。
金属探测器广泛应用于安全检查、考古学和勘探工作等领域。
2. 涡流制动器涡流制动器是一种利用涡电流原理制动旋转运动的装置。
当金属盘片旋转时，磁场穿过盘片产生涡电流，涡电流与磁场相互作用产生制动力。
这种涡流制动器适用于高速旋转的设备，如电机和风力涡轮机等。
3. 电磁感应加热涡电流的产生会消耗能量，并产生热量。
因此，涡电流可以用于加热材料。
在电磁感应加热中，交变磁场通过导体产生涡电流，涡电流的能量转化为热能，从而加热导体。
电磁感应加热广泛应用于热处理、焊接、涂覆等领域。
4. 磁测量仪器涡电流对磁场变化非常敏感，因此可以用于磁测量仪器中。
这些仪器利用导体中产生的涡电流来检测磁场的强度、方向和分布等参数。
磁测量仪器可以应用于实验室研究、地质勘探和工业检测中。
5. 无损检测无损检测是一种通过检测材料内部的缺陷、裂纹和变化来评估材料性能的方法。
利用涡电流原理，可以通过测量涡电流的变化来检测材料内部的缺陷。
无损检测广泛应用于航空航天、汽车制造和建筑工程等领域。
6. 涡流制冷涡电流通过导体时会产生热量，而相反方向的涡电流会吸收热量。
利用这一原理，可以实现涡流制冷。
涡流效应的例子及原理
涡流效应的例子及原理涡流效应是一种物理现象，指的是当导体（通常是金属）被置于变化磁场中时，会在导体内产生涡流的现象。
涡流效应对于电磁感应、能源转换和热涡流加热等领域具有重要意义。
以下将通过具体的例子和原理来解释涡流效应。
首先，我们以一个典型的例子来说明涡流效应的原理。
假设我们有一个导体环，通过这个环流过交流电。
当我们将这个环放在一个交变磁场中时，即使在导体环内部没有电流，仍然会在导体内部产生一圈涡流。
这些涡流会产生磁场，与外部磁场相互作用，从而产生阻碍电流的效果。
涡流效应的原理可以通过法拉第电磁感应定律来解释。
根据法拉第电磁感应定律，当一个导体在磁场中运动时，会在导体两端产生感应电势。
而涡流效应是指导体内部电流在磁场中发生涡流流动的现象。
涡流的大小和方向取决于磁场的强度和方向，以及导体的形状和电阻。
涡流效应的具体原理可以通过安培环路定律来描述。
根据安培环路定律，涡流会产生自身的磁场，这个磁场会与外部磁场相互作用从而阻碍涡流流动。
这种阻碍现象会使得导体内部电阻增加，并且导致能量转化成热能。
因此，涡流效应在一些领域如热涡流加热中被广泛应用。
除了以上的基本原理之外，还有一些附加的因素会影响涡流效应。
首先是导体的形状和尺寸。
不同形状的导体，涡流效应产生的位置和大小都会不同。
例如，弯曲的导体中涡流效应更容易发生。
其次是导体的电导率。
导体电导率越高，导体中的涡流效应越明显。
最后是磁场的频率。
在高频磁场中，导体中的涡流效应更显著。
涡流效应在实际生活和工业中有许多应用。
一个典型的例子是涡流制动器。
涡流制动器通过在旋转的金属盘上产生涡流，将运动能量转化成热能来减慢盘子的旋转速度。
涡流制动器被广泛应用于车辆和电梯系统中，以提供可靠的刹车效果。
另一个例子是磁悬浮列车。
磁悬浮列车通过在轨道上安装磁铁线圈，产生变化磁场，从而在列车的底部导体板上产生涡流。
这些涡流会与轨道上的磁场相互作用，产生上下浮力，使得列车悬浮在轨道上，从而实现了无接触的高速运输。
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。
涡电流
第七节 涡电流
一、涡流
在其内部也会产生感应电流。
对于圆柱形铁芯，其内电流方向示意于图6-7，断面俯视有涡旋状电流----涡流。
涡流的效应
(1)热效应
电流通过导体发热，释放焦耳热。
a 、高频感应炉---冶炼；
b 、涡流损耗---变压器、电机铁芯，制成片状，缩小涡流范围，减少损耗。
(2) 机械效应
电磁阻尼、电磁驱动。
磁极与金属发生相对运动，在金属中有涡流，此涡流又处于磁场中受安培力，效果阻碍引起这一效果的原因。
二、趋肤效应
1、概念
导线载流分为
2、电流密度分布
⎭⎬⎫相对于磁场运动的金属中的大块金属变化磁场)(t B ⎪⎩⎪⎨⎧--=趋肤效应。
附近集中越明显频率越高，电流向表面交流：电流分布趋肤，直流：截面均匀分布;S I
j
式中叫做趋肤深度。
对于，为表面附近处的电流分布，而则为处的分布大小，如图6-8。
当，则。
3、趋肤效应的说明
电流的频率越高，进而的变化也越快，产生也越大，涡流也越大，分析一个
周期内的情况，大部分时间内，轴线处与
方向相反。
表面处与方向相同。
4、应用
金属表面淬火。
高频表面电阻增大，可镀银或辫线使电阻，导线可中空省材料。
s d d e
j j -=0s d e j j 0=0j j s d d =σωμμ02
=s d ↑ω↓s d B φεi 涡i i 涡i ↓R。
涡流效应：产生的原因及涡流效应的利弊与控制，一次性告诉你！
涡流效应：产生的原因及涡流效应的利弊与控制，一次性告诉你！涡流，相信每一个电力作业人员都有听说过，但是如果问：什么是涡流效应？产生涡流的原因？以及涡流的利弊？相信很多就算是工作多年的电力从业人员都说不清楚。
1，涡流产生的原因。
由图可知：当电流随时间变化时，通过线圈回路的磁通量也发生变化，线圈中就会产生感应电动势，回路中也就产生感应电流（穿过线圈的磁通发生变化而产生的感应电动势）。
如果把一块导体放在变化着的磁场中或相对于磁场运动时，由于导体内部都可构成闭合回路，穿过回路的磁通发生变化，因此在导体中也会产生感应电流，这些电流在导体内自行闭合成旋涡状，故称涡电流，简称涡流。
2，涡流效应的利弊。
如右图（a）所示，由于导体电阻很小，因此涡流一般都很大。
由于电流的热效应，涡流会使导体发热，消耗能量，所以涡流有时是有害的。
例如通过变压器、电动机和发电机中的交变电流磁场，会使铁心产生涡流，涡流是铁芯发热，这样就造成损耗（俗称铁损）并使设备产生热量，温度升高，绝缘材料容易老化，缩短变压器、电动机和发电机的使用寿命，甚至使他们损坏。
涡流在各种电机、变压器中是有害的，但也有可用之处，例如工厂冶炼合金时常常用的高频感应炉就是利用金属导体块中产生的涡流来熔化金属。
电工测量仪表要求指针的摆动很快停下来，以便迅速读出读数（如电流表、电压表等）。
为达到此目的，电流表的线圈要绕在铝框上，当被测电流通过线圈时，线圈带动指针和铝框一起转动，铝框在磁场中转动时产生涡流，磁场对这个涡流的作用力阻碍她们的摆动，于是指针很快地稳定指到读书位置上，这便是涡流效应的应用——电磁阻尼作用。
电气阻尼作用还常用于电气机车的电磁制动器中。
3，控制减小涡流效应。
如上文右图（b）以及此处右图所示，为了减少涡流损耗，在电动机、发电机、变压器、交流电磁铁等设备的铁芯材料中，都不使用整块的铁芯，而是采用表面涂有绝缘漆的一片片硅钢片叠压而成。
这是因为硅钢中含有2~5%的硅，可提高铁芯的电阻率，此外铁片与铁片之间相互绝缘，使涡流被限制在狭小的薄片之间，回路的电阻很大，涡流便大为减小，从而使涡流大大降低。
电机涡流效应
电机涡流效应电机涡流效应是指当电机的导体（通常是铁心材料）处于变化的磁场中时，导体内部会产生闭合的电流环路，这些电流称为涡流。
涡流的产生是根据法拉第电磁感应定律，即导体在磁场中切割磁力线时会在其内部产生感应电动势，进而产生感应电流。
涡流的产生有以下特点：1. 闭合路径：涡流总是在导体内部形成闭合回路，这是因为电流必须从一个点流向另一个点，形成一个循环。
2. 磁场变化：涡流效应主要发生在导体所处的磁场发生变化时，如交流电机中的旋转磁场。
在恒定磁场中，如果导体静止不动，则不会产生涡流。
3. 皮肤效应：涡流还会导致电流倾向于在导体表面流动，而不是均匀分布在整个截面上。
这种现象称为皮肤效应，它会增加导体的电阻，并导致能量损失。
涡流效应在电机中的影响包括：1. 能量损失：涡流在电机中流动时会遇到电阻，从而产生热能，这部分能量以热的形式损失，减少了电机的效率。
2. 加热：由于涡流损耗转化为热能，电机的铁心和其他部件会升温，长期运行可能导致材料性能下降甚至损坏。
3. 扭矩波动：在某些类型的电机中，涡流可能导致磁通的非线性分布，进而引起扭矩的波动。
为了减少涡流效应带来的不良影响，工程师们采取了以下措施：1. 使用层压硅钢片：在电机的铁心上使用多层绝缘的硅钢片，每层之间相互绝缘，以减小涡流的面积，从而减少涡流损耗。
2. 设计合理的槽形：通过优化电机定子和转子的槽形设计，可以有效地控制涡流的大小和分布。
3. 应用交流励磁：使用交流励磁可以使磁通的方向周期性改变，从而减小涡流的影响。
4. 使用高电阻材料：选择具有较高电阻率的材料作为导体，可以减少涡流的产生。
通过这些方法，可以有效地控制电机中的涡流效应，提高电机的效率和性能。
20.5涡流MOOC
*20.5 涡电流
大块导体处于变化的磁场或在磁场中
运动时，导体中的感应电流呈涡旋状，
叫作涡电流，简称涡流。
涡流热效应：与普通电流一样要产
生焦耳热。
涡流机械效应：导体在磁场中运动时涡流受安培力作用，按楞次定律，安培力将阻碍该导体的运动，产生机械效应。
20-3电磁灶和变压器铁芯
20-4电磁驱动
20-5涡流阻尼摆
趋肤效应：
交变电流流过导体时，变化的电磁场在导体中引起涡流，而变化的涡流又反过来激发变化的电磁场，如此互相影响，致使交变电流在导线横截面上不再均匀分布，而是向导线表面集中，称为趋肤效应。
电流变化的频率越高，趋肤效应越强，高频情况下可认为电流只在导线表面很薄的一层中流过，所以在高频电路中采用空心导线代替实心导线。
波导管
趋肤效应减小了导线的截面，增大了电阻，在高频电路中一般采用多股编织导线。
利用趋肤效应可以对金属进行表面淬火。
编者：陈信义。
涡流应用
涡流的应用
一.热效应ຫໍສະໝຸດ 1.电磁炉当交变电流通过线圈时， 在其上下产生交变磁场， 通过锅底的磁通量便发 生变化，从而产生感应 电动势。锅底的电阻很 小，有很大的涡电流， 从而产生热量。
2.真空冶炼炉 用来冶炼合金钢的真
空冶炼炉，炉外有线 圈,线圈中通入反复变 化的电流，炉内的金 属中产生涡流。涡流 产生的热量使金属熔 化。利用涡流冶炼金 属的优点是整个能在 真空中进行，这样就 能防止空气中的杂质 进入金属，可以冶炼 高质量的合金。
二.磁效应
1.探雷器
探雷器是在电子线
路与探头环内线圈 振荡形成固定频率 交变磁场，当有金 属接近时，利用金 属导磁的原理，而 改变了线圈的感抗， 从面改变了振荡频 率发出报警信号的， 对非金属不起作用。
2.金属探测仪
探测器产生周期性
变化的磁场，周期 性变化的磁场在空 间产生涡旋电场。 而涡旋电场如果遇 到金属的话，会形 成涡电流，可以被 检测到
3.安检门
金属导电体受交变电磁场 激励时, 在金属导电体中产 生涡流电流, 而该电流又发 射一个与原磁场频率相同 但方向相反的磁场, 通过检 测该涡流信号有无来发现 附近是否存在金属物。由 发射器发射出激励电磁波, 由接收传感器接收金属物 的信号，接收传感器把涡 流产生的信号检取出来， 再经过电路一系列的放大 处理，当信号量达到设定 值时即以声光形式产生报 警。
涡流效应_涡流
涡流效应_涡流一、涡流原理如图1所示，当与闭合线圈铰链的磁通发生变化时，将在闭合线圈上产生感应电动势而形成感应电流。
图1、涡流图解一如图2所示，绕有线圈的铁芯的截面，可以等效为无数个闭合的环形线圈的组合，当线圈中通过交变电流时，在这些闭合的环形线圈中同样会产生感应电流，这些感应电流就像水中的一个个漩涡一样，因此，人们称其为涡流。
图2、涡流图解二可见，实际上涡流是电磁感应现象的一种表现形式。
涡流在1851年被法国物理学家莱昂.傅科所发现，因此，也称傅科电流。
二、涡流特点1、图2中的多个闭合线圈中，越靠近外围的线圈，其包含的磁力线越多，根据电磁感应定理，其感应电动势也越大，涡流效果越明显。
也就说，导体的截面积越大，涡流效果越显著；2、电流的频率越高，磁通变化率越大，E=Ndφ/dt，感应电动势也越大，涡流效果越显著；3、导体的电阻率越小，感应电流越大，涡流效果越显著。
三、涡流抑制涡流会产生热量，在变压器及电机的铁芯中，这种现象是我们不希望的，因此，需要加以抑制，根据涡流的第一个特点，铁芯采用许多薄的硅钢片叠合而成，涡流的闭合回路大大减小，涡流显著减小。
根据涡流的第三个特点，增大铁心材料的电阻率，也可以抑制涡流，常用的铁心材料是硅钢。
根据第二个特点，同一台变压器，电流相同时，频率越高，涡流越显著，涡流损耗也越大。
图3、叠片状硅钢片抑制涡流四、涡流利用世间万物，有利必有弊，有弊必有利。
利用导体中涡流的热效应，可以制作各种感应加热设备。
如：真空冶炼炉、电磁炉。
电磁灶的台面下安装有线圈，当线圈通过高频交流电时，在台面与金属锅底之间产生强大的交变的磁场，交变磁场穿过锅底，在锅底形成强涡流，产生大量的热量。
图4、涡流效应用于制作电磁炉利用导体的涡流效应可以制作金属探测器，金属探测器的通过高频交变电流，在金属物中感应出涡流，涡流又产生磁场，影响原来的磁场，探测器检测到磁场的变化，得知金属的存在。
图5、涡流效应用于制作金属探测器。
25.涡电流演示
实验二十五 涡电流演示【仪器介绍】如图25-1所示，由底座、磁铁和三个相同高度的中空铝管（A 、B 、C ）组成。
其中A 是管壁完好的铝管，B 是管壁上开有狭缝的铝管，C 则为管壁上具有许多圆孔的铝管。
【操作与现象】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：磁铁在A 管中下落得最慢，C 管中则稍快些，而在B 管中下落速度是最快的。
【原理解析】当大块导体放在变化着的磁场中或相对于磁场运动时，在这块导体中也会出现感应电流。
由于导体内部处处可以构成回路，任意回路所包围面积的磁通量都在变化，因此，这种电流在导体内自行闭合，形成涡旋状，故称为涡电流。
涡电流的热效应: 在金属圆柱体上绕一线圈，当线圈中通入交变电流时，金属圆柱体便处在交变磁场中。
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，根据法拉第电磁感应定律，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，即涡电流。
由于金属导体的电阻很小，涡电流很大，金属内将产生大量的热。
涡电流的机械效应：（1）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，例如磁电式电表中或电气机车的电磁制动器中的阻尼装置，就是应用涡电流实现其阻尼作用的。
（2） 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。
感应式异步电动机就利用了这一基本原理。
现象解释：当磁铁下落时，铝管管壁的各环形壳层磁通量发生变化，铝管内就会形成涡电流。
由于涡电流产生的电磁阻尼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，在材料相同（都为铝）的情况下，涡电流的强弱与管壁的形状、大小密切相关。
涡流效应
涡流效应闭合铁芯（或一大块导体）处于交变磁场中，交变的磁通量使闭合铁芯（或一大块导体）中产生感应电流，形成涡电流。
假如铁芯（或导体）是纯铁（纯金属）的，则由于电阻很小，产生的涡电流很大，电流的热效应可以是铁（或金属）的温度达到很高的，甚至是铁（或金属）的熔点，使铁熔化。
涡流涡流产生原因：当线圈中的电流随时间变化时，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，看起来就象水中的旋涡，所以我们把它叫做涡电流。
电磁感应作用在导体内部感生的电流。
又称为傅科电流。
导体在磁场中运动，或者导体静止但有着随时间变化的磁场，或者两种情况同时出现，都可以造成磁力线与导体的相对切割。
按照电磁感应定律，在导体中就产生感应电动势，从而驱动电流。
这样引起的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。
导体在非均匀磁场中移动或处在随时间变化的磁场中时，因涡流而导致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。
涡流损耗的计算需根据导体中的电磁场的方程式，结合具体问题的上述诸因素进行。
电动机，变压器的线圈都绕在铁心上。
线圈中流过变化的电流，在铁心中产生的涡流使铁心发热，浪费了能量，还可能损坏电器。
因此，我们要想办法减小涡流。
途径之一是增大铁心材料的电阻率，常用的铁心材料是硅钢。
如果我们仔细观察发电机、电动机、和变压器，就可以看到，它们的铁心都不是整块金属，而是用许多薄的硅钢片叠合而成。
为什么这样呢？原来，把块装金属置于随时间变化的磁场中或让它在磁场中运动时，金属块内将产生感应电流。
这种电流在金属块内自成闭合回路，很像水的漩涡，因此叫做涡电流简称涡流。
整块金属的电阻很小，所以涡流常常很强。
如变压器的铁心，当交变电流穿过导线，时穿过铁心的磁通量不断随时间变化，它在副边产生感应电动势，同时也在铁心中产生感应电动势，从而产生涡流。
2.5涡流现象及其应用
2.5 涡流现象及其应用知识点一涡流现象1．涡流：整块导体内部因发生电磁感应而产生旋涡状的感应电流。
2．影响涡流大小的因素：导体的外周长越长，交变磁场的频率越高，涡流就越大。
知识点二涡流现象的应用1．涡流的热效应(1)电磁炉：电磁炉是涡流现象在生活中的应用，采用了磁场感应涡流的加热原理。
(2)高频感应炉：在感应炉中，有产生高频交变电流的大功率电源和产生交变磁场的线圈，其工作原理也是涡流加热。
2．涡流的机械效应(1)电磁驱动：当磁场相对导体运动时，导体中产生的涡流使导体受到安培力，安培力使导体运动起来的现象。
(2)电磁阻尼：当导体相对磁场运动时，导体中产生的涡流使导体受到安培力，并且安培力总是阻碍导体的运动。
(3)电磁阻尼与电磁驱动的比较3．涡流的磁效应涡流探测：通有交变电流的探测线圈，产生交变磁场，当靠近金属物时，在金属物中激起涡流，隐蔽金属物的等效电阻、电感也会反射到探测线圈中，改变通过探测线圈电流的大小和相位，从而探知金属物。
课堂练习【典例1】如图所示，金属球(铜球)下端有通电的线圈，今把小球拉离平衡位置后释放，此后关于小球的运动情况是(不计空气阻力)()A．做等幅振动B．做阻尼振动C．振幅不断增大D．无法判定【典例2】(多选)如图所示为用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，炉外有线圈，将金属材料置于冶炼炉中，当线圈中通以电流时用感应加热的方法使炉内金属发热。
下列说法中正确的是()A．线圈中通以恒定电流，金属材料中也能产生感应电流B．线圈中通以随时间变化的电流，在金属材料中会产生感应电流C．感应加热是利用金属材料中的涡流冶炼金属的D．感应加热是利用线圈电阻产生的焦耳热冶炼金属的1、电磁炉是利用电磁感应现象产生的涡流，使锅体发热从而加热食物。
下列相关的说法中正确的是( )A．锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关B．电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作C．金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁炉来烹饪食物D．电磁炉的上表面一般都是用金属材料制成，以加快热传递减少热损耗2、如图所示，在一个绕有线圈的可拆变压器铁芯上分别放一小铁锅水和一玻璃杯水。
涡电流效应
涡电流效应涡电流效应又称法拉第涡流，是指当磁场发生变化时，导体中会产生涡流的现象。
这个现象是由英国物理学家迈克尔·法拉第于1831年发现的。
涡电流效应是电磁感应的一个重要应用，对于理解电磁学和电磁感应现象具有重要意义。
涡电流效应的产生是基于法拉第电磁感应定律，即当导体中的磁通量发生变化时，导体中将会产生涡电流。
涡电流的方向是这样的，当磁通量增加时，涡电流的方向与磁场方向相反；当磁通量减小时，涡电流的方向与磁场方向相同。
涡电流效应的产生与导体的形状、磁场的变化速率以及导体的电阻有关。
涡电流效应在实际应用中具有广泛的用途。
其中一个重要的应用是涡流制动。
涡流制动是一种利用涡电流产生的磁场来减缓或停止运动物体的方法。
当一个金属盘在磁场中旋转时，金属盘会产生涡电流，涡电流产生的磁场会与外部磁场相互作用，产生一个阻碍金属盘运动的力，从而实现制动效果。
涡流制动在高速列车、电梯等设备中广泛应用，能够实现快速、精确的制动效果。
涡电流效应还在非破坏性检测中有着重要的应用。
通过在被检测物体附近放置一个交变磁场源，当被检测物体中存在缺陷时，缺陷处的磁场分布会发生变化，从而产生涡电流。
通过检测涡电流的强度和分布情况，可以判断出被检测物体中是否存在缺陷，以及缺陷的位置和尺寸。
这种非破坏性检测方法在航空航天、汽车制造等领域具有重要的应用价值。
涡电流效应还在电动感应加热中得到了应用。
电动感应加热是利用涡电流产生的热量来加热物体的方法。
当交变电流通过线圈时，线圈中产生的交变磁场会感应出涡电流，涡电流因为电阻而产生热量。
这种方法可以实现高效、快速的加热效果，并且具有节能、环保的特点。
电动感应加热广泛应用于工业生产中的金属加热、熔炼等领域。
涡电流效应是一种重要的电磁感应现象，具有广泛的应用价值。
涡电流效应的产生与磁场的变化有关，可以通过涡电流产生的磁场来实现涡流制动、非破坏性检测和电动感应加热等应用。
涡电流效应的研究和应用对于推动科学技术的发展和改进现有技术具有重要意义。
高二物理竞赛涡电流课件
1、涡电流
一、涡电流的产生 变化的磁场要在导体回路中产生感应电流。对于 大块的金属导体处在变化的磁场时，产生的感应 电流在金属导体内形成闭合回路，称为涡电流。 大块导体中的感应电流称 “涡流”（eddy current）。
1 2
LI02
12
电源电动势反抗自感电动势作功的结果是建
立了磁场，
磁场能量
Wm A
I0 0
LIdI
1 2
LI02
2、磁能密度
磁能储存在磁场所在空间。以长直螺线管为
例
B 0nI
L 0n2V
1 B2
Wm 2 0 V
磁场能量密度：
wm
1 2
B2
13
在磁场不为零的空间，总磁能
Wm
(V ) dWm
2
2
(V ) 0
2 0
L 0n2V
15
二、互感线圈的磁能 下面我们用类似的方法计算互感磁能。 若由两个相邻的线圈1和2，在其中分别 有电流I1和I2。在建立电流的过程中， 电源除了供给线圈中产生焦耳热的能量 和抵抗自感电动势做功外，还要抵抗互 感电动势作功。在两个线圈建立电流的 过程中，抵抗互感电动势所作的总功为：
(V ) wmdV
1 2
B2 dV
(V ) 0
利用
1 LI 2 1
2
2
B2 dV
(V ) 0
Wm
可求回路自感系数
14
例 1 求细长螺线管的自感系数Ｌ。N,N ,0 ,l,S
解： B 0nI
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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。