涡流

电磁学特性

在物质内沿闭合回路流动的感应电流。

现象

如图1所示，在一根导体外面绕上线圈，并让线圈通入交变电流，那么线圈就产生交变磁场。由于线圈中间的导体在圆周方向是可以等效成一圈圈的闭合电路，闭合电路中的磁通量在不断发生改变，所以在导体的圆周方向会产生感应电动势和感应电流，电流的方向沿导体的圆周方向转圈，就像一圈圈的漩涡，所以这种在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象。

导体的外周长越长，交变磁场的频率越高，涡流就越大。

导体内部的涡流也会产生热量，如果导体的电阻率小，则涡流很强，产生的热量就很大。

原理

电磁感应作用在导体内部感生的电流，称为涡流，又称为傅科电流。导体在非匀强磁场中运动，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，在导体中就会产生感应电动势，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场的分布而不同，其路径往往有如水中的漩涡，因此称为涡流。涡流在导体中要产生热量。所消耗的能量来源于使导体运动的机械功，或者建立时变电磁场的能源。因此在电工设备中，为了防止涡流的产生或者减少涡流造成的能量损失，将铁心用互相绝缘的薄片或细丝叠成，并且采用电阻率较高的材料如硅钢片或铁粉压结的铁心。

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。

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。

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，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，把块状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。

大块的导体在磁场中运动或处在变化的磁场中，都要产生感应电动势，形成涡流，引起较大的涡流损耗。为减少涡流损耗，交流电机、电器中广泛采用表面涂有薄层绝缘漆或绝缘的氧化物的薄硅钢片叠压制成的铁心，这样涡流被限制在狭窄的薄片之内，磁通穿过薄片的狭窄截面时，这些回路中的净电动势较小，回路的长度较大，回路的电阻很大，涡流大为减弱。再由于这种薄片材料的电阻率大（硅钢的涡流损失只有只有普通钢的1/5至1/4），从而使涡流损失大大降低。

另一方面，利用涡流作用可以做成一些感应加热的设备，或用以减少运动部件振荡的阻尼器件等。

如：常见的电磁炉。就是采用涡流感应加热原理；其内部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涡流，使锅具内电子运动产生热能，用来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的。

损耗

1、产生涡流

置于随时间变化的磁场中的导体内，也会产生涡流，如变压器的铁心，其中有随时间变化的磁通，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。这些涡流使铁心发热，消耗电能，这是不希望有的。但在感应加热装置中，利用涡流可对金属工件进行热处理。

2、涡流抑制

大块的导体在磁场中运动或处在变化的磁场中，都要产生感应电动势,形成涡流，引起较大的涡流损耗。为减少涡流损耗，常将铁心用许多铁磁导体薄片（例如硅钢片）叠成，这些薄片被分开呈梯形状，表面涂有薄层绝缘漆或绝缘的氧化物。磁场穿过薄片的狭窄截面时，涡流被限制在沿各片中的一些狭小回路流过，这些回路中的净电动势较小，回路的长度较大，再由于这种薄片材料的电阻率大，这样就可以显著地减小涡流损耗。所以，交流电机、电器中广泛采用叠片铁心。

当然，在生产和生活中，有时也要避免涡流效应。如电机、变压器的铁芯在工作时会产生涡流，增加能耗，并导致变压器发热。要减少涡流，可采用的方法是把整块铁芯改成用薄片叠压的铁芯，增大回路电阻，削弱回路电流，减少发热损失。

应用

涡流与感应加热的应用：涡流效应衍生出一系列工业产品，感应加热电源就是其中最重要的一个，感应加热就是利用涡流加热金属导体，使之非接触式发热。很多工业产品加热是不能用明火加热，这时候感应涡流加热就成功地解决了这个问题，也使产品有了革命性的进步，感应加热是将被加热金属置于高频变化的电磁场中（实际应用是在感应线圈中），强大的电磁场在其表面形成感应涡流，依靠材料本身的内阻，使之迅速发热，以改善工件的机械性能，感应加热特性是涡流热应用最典型的例子，金属热处理必不可少的加热方式，也是以后工业加热的趋势，感应涡流不仅用于金属件热处理，也用于海底管道铺设，石油天然气管道预热焊接，焊后热处理，紫铜钎焊，蒸发镀膜，电机短路环焊接，这些应用最基本的原理就是电磁感应，电磁场产生涡流热效应的应用。

涡流金属探测器有一个流过一定频率交变电流的探测线圈，该线圈产生的交变磁场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。涡流金属探测器可用于探测行李包中的枪支、埋于地表的地雷、金属覆盖膜厚度等。

流体力学

在流体力学和水力学中的涡流是指流体的旋转角速度矢量至少有一个不为零，也称为有旋流，即流体质点或流体微团在运动过程中绕其自身轴线旋转。一般产生一个涡流就会有另一个相应的涡流，这是专业学界普遍认可的飞机会飞的原因之一。

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