4.7《涡流》解析

涡流现象及其应用1．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，涡流越大。

2．电磁灶是通过锅底涡流发热，不存在热量在传递过程中的损耗，所以它的热效率高。

3．在涡流制动中，安培力做负功，把机械能转化为电能。

一、涡流现象1．定义在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象，如图1­7­1所示。

图1­7­12．影响因素(1)导体的外周长。

(2)交变磁场的频率。

(3)导体的外周长越长，交变磁场的频率越高，涡流就越大。

二、涡流的应用与防止1．电磁灶(1)原理：电磁灶采用了磁场感应涡流的加热原理。

(2)优点：①涡流发热，不存在热量在传递过程中的损耗，热效率高，耗电量少。

②无明火和炊烟，没有因加热产生的废气，清洁、环保、安全。

③功能齐全。

2．高频感应加热(1)原理：涡流感应加热。

(2)优点：①非接触式加热，热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。

(3)其他应用：高频塑料热压机，涡流热疗系统等。

3．涡流制动与涡流探测(1)涡流制动：①原理：金属盘与磁场发生相对运动时，会在金属盘中激起涡流，涡流与磁场相互作用产生一个动态阻尼力，从而提供制动力矩。

②应用：电表的阻尼制动，高速机车制动的涡流闸等。

(2)涡流探测①原理：探测线圈产生的交变磁场在金属中激起涡流，隐蔽金属物的等效电阻、电感反射到探测线圈中，改变通过探测线圈电流的大小和相位，从而探知金属物。

②应用：探测行李中的枪支、埋于地表的地雷、金属覆盖膜厚度等。

4．涡流的防止(1)目的：减少发热损失，提高机械效率。

(2)原理：缩小导体的周长，增大材料的电阻。

(3)方法：把整块铁芯改成用薄片叠压的铁芯，增大回路电阻，从而削弱涡流。

1．自主思考——判一判(1)涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的。

《涡流》讲义一、什么是涡流当导体处在变化的磁场中，或者导体在磁场中运动时，导体内部会产生感应电流。

这种由于电磁感应在导体内部形成的闭合电流，就被称为涡流。

举个简单的例子，假如我们有一块金属板，然后把它放在变化的磁场中，这时候金属板内部就会出现像漩涡一样的电流，这就是涡流。

涡流的产生是由于磁场的变化导致了导体内自由电子的定向移动。

这些自由电子在磁场的作用下，会沿着一定的路径形成环流。

二、涡流的特点1、热效应涡流在导体中流动时会产生热量。

这是因为电流通过导体存在电阻，电流做功会转化为热能。

在一些实际应用中，比如电磁炉、感应加热设备，就是利用涡流的热效应来加热物体的。

但在某些情况下，涡流产生的热可能是不利的，比如变压器的铁芯中，涡流产生的热会导致能量损耗，降低设备的效率。

2、磁效应涡流本身也会产生磁场。

这个磁场会与原磁场相互作用，从而影响到整个磁场的分布和强度。

3、趋肤效应在交流电路中，由于涡流的存在，电流往往集中在导体的表面，这种现象被称为趋肤效应。

频率越高，趋肤效应越明显。

这会导致导体的有效电阻增加，从而影响电流的传输效率。

三、涡流的应用1、电磁炉电磁炉是利用涡流原理进行加热的典型例子。

通过在电磁炉内部产生高频变化的磁场，使锅底产生涡流，从而实现对食物的加热。

2、感应加热在工业生产中，常常需要对金属进行加热处理，比如锻造、淬火等。

感应加热就是利用涡流的热效应，将金属工件放入感应线圈中，通以高频交流电，从而使工件内部产生涡流并迅速升温。

3、涡流探伤涡流还可以用于检测金属材料的缺陷。

当金属材料存在裂缝、气孔等缺陷时，涡流的分布会发生变化。

通过检测涡流的变化，可以判断材料内部的缺陷情况。

4、电磁阻尼在一些需要快速稳定的装置中，会利用涡流的阻尼作用。

例如，电表中的阻尼装置，就是利用涡流来快速使指针稳定下来，以便准确读数。

四、涡流的危害与抑制1、变压器铁芯中的涡流损耗在变压器中，铁芯是由许多铁片叠合而成的。

第07讲 涡流、电磁阻尼和电磁驱动课程标准课标解读 1.通过实验，了解涡流现象。

2.能举例说明涡流现象在生产生活中的应用。

3.了解电磁炉的结构和原理。

1.了解感生电场的概念，了解电子感应加速器的工作原理。

2.理解涡流的产生原理，了解涡流在生产和生活中的应用。

3.理解电磁阻尼和电磁驱动的原理，了解其在生产和生活中的应用。

知识点01 电磁感应现象中的感生电场1．感生电场麦克斯韦认为：磁场变化时会在空间激发一种电场，这种电场叫作感生电场．2．感生电动势由感生电场产生的电动势叫感生电动势．3．电子感应加速器 电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备，当电磁铁线圈中电流的大小、方向发生变化时，产生的感生电场使电子加速．【知识拓展1】1．变化的磁场周围产生感生电场，与闭合电路是否存在无关．如果在变化的磁知识精讲目标导航场中放一个闭合电路，自由电荷在感生电场的作用下发生定向移动．2．感生电场可用电场线形象描述．感生电场是一种涡旋电场，电场线是闭合的，而静电场的电场线不闭合．3．感生电场的方向根据楞次定律用右手螺旋定则判断，感生电动势的大小由法拉第电磁感应定律E ＝n ΔΦΔt计算． 【即学即练1】高速铁路列车通常使用磁力刹车系统。

磁力刹车工作原理可简述如下：将磁铁的N 极靠近一块正在以逆时针方向旋转的圆形铝盘，使磁感线垂直铝盘向内，铝盘随即减速，如图所示。

图中磁铁左方铝盘的甲区域（虚线区域）朝磁铁方向运动，磁铁右方铝盘的乙区域（虚线区域）朝离开磁铁方向运动。

下列有关铝盘刹车的说法正确的是（ ）A ．铝盘甲区域的感应电流产生垂直铝盘向里的磁场B ．铝盘乙区域的感应电流产生垂直铝盘向外的磁场C ．磁铁与甲、乙两区域的感应电流之间的作用力，都会使铝盘减速D ．若将实心铝盘换成布满小空洞的铝盘，则磁铁对空洞铝盘的作用力变大【答案】C【解析】A ．铝盘甲区域中的磁通量增大，由楞次定律可知，甲区域感应电流方向为逆时针方向，则此感应电流的磁场方向垂直纸面向外，故A 错误；B ．铝盘乙区域中的磁通量减小，由楞次定律可知，乙区域感应电流方向为顺时针方向，则此感应电流的磁场方向垂直纸面向里，故B 错误；C ．由“来拒去留”可知，磁铁与感应电流之间有相互阻碍的作用力，则会使铝盘减速，故C 正确；D ．若将实心铝盘换成布满小空洞的铝盘，这样会导致涡流产生的磁场减弱，则磁铁对空洞铝盘所产生的减速效果明显低于实心铝盘，故D 错误。

专题二十二 涡流基本知识点1．涡流的特点：当电流在金属块内自成闭合回路(产生涡流)时，由于整块金属的电阻很小，涡流往往很强，根据公式P ＝I 2R 知，热功率的大小与电流的平方成正比，故金属块的发热功率很大。

2．涡流中的能量转化：涡流现象中，其他形式的能转化成电能，并最终在金属块中转化为内能。

如果金属块放在变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能；如果金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，则由于克服安培力做功，金属块的机械能转化为电能，最终转化为内能。

3．注意：(1)涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵循法拉第电磁感应定律。

(2)磁场变化越快⎝⎛⎭⎫ΔB Δt 越大，导体的横截面积S 越大，导体材料的电阻率越小，形成的涡流就越大。

例题分析一、对涡流的理解例1 下列关于涡流的说法中正确的是( )A ．涡流跟平时常见的感应电流一样，都是因为穿过导体的磁通量变化而产生的B ．涡流不是感应电流，而是一种有别于感应电流的特殊电流C ．涡流有热效应，但没有磁效应D ．在硅钢中不能产生涡流(对应训练)下列做法中可能产生涡流的是( )A ．把金属块放在匀强磁场中B ．让金属块在匀强磁场中匀速运动C ．让金属块在匀强磁场中做变速运动D ．把金属块放在变化的磁场中二、涡流在电磁炉中的应用例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．给线圈通入电流，一段时间后，一个容器中水温升高，则通入的电流与水温升高的是()A．恒定直流、小铁锅B．恒定直流、玻璃杯C．变化的电流、小铁锅D．变化的电流、玻璃杯(对应训练)如图所示为高频电磁炉的工作示意图，它是采用电磁感应原理产生涡流加热的，它利用变化的电流通过线圈产生变化的磁场，当变化的磁场通过含铁质锅的底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速升温，然后再加热锅内食物。

电磁炉工作时产生的电磁波，完全被线圈底部的屏蔽层和顶板上的含铁质锅所吸收，不会泄漏，对人体健康无危害。