课程（毕业）论文-涡流的应用

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1、题目：涡流的应用摘要：木文的主要内容是介绍涡电流产牛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，其屮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。

2、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牛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。涡流线交变电流铁心图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展块内产生涡电流而被加热，这叫做感应加热。在变压器

3、、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。1.2电磁炉121介绍电磁炉

4、是近年来新兴的一种厨房炊具，它无需明火或传导式加热而让热直接在锅底产牛，因此热效率得到了极大的提高。具有升温快、热效率高、无明火、无烟尘、无有害气体、对周围环境不产生热辐射、体积小巧、安全性好和外观美观等优点，能完成家庭的绝大多数烹饪任务。如下图所示:图1-2电磁炉1.2.2工作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牛涡流，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。当一个回路线圈通予电流时，其效果相当于磁铁棒。因此线圈

5、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。图电磁炉内部线1.3变压器1.3.1涡流热效应的另一面电磁炉是利用了涡流的热效应而制造出来的，这是有利的一面，但是,涡流的热效应也不是什么情况下都是好的，在某些情况下我们却要减少它的热效应来减少能量损耗，比如说变压器。由变压器的基本结构我们知道，通电时铁心会产生涡流，继而会有很多的呻损失浪费掉，严重时由于过热会烧毁线圈造成危险。如图1・4

6、和图1-5所示：图1・4变压器外观图1・5变压器铁心为了减小涡流，变压器的铁心都不用整块钢铁而用很薄的硅钢片壳压而成，硅钢是掺有少量硅的钢，其电阻率比普通钢要大，因此涡流损耗得以减小，把硅钢制成片状则可借用片间的绝缘漆切断涡流通路以进一步减小涡流的发热。下图「6所示为用硅钢片把涡流限制在每块片内的情形：图1-6硅钢片制成的铁心1.4傅科摆、电学仪表1.4.1傅科摆如图所示，蓝色部分是一块可以在电磁铁两极间摆动的铜板（即傅科摆），电磁铁未通电时，铜板要摆多次才会停下来；而电磁铁一旦通电，铜板就很快停下来了。这种现象叫电磁阻尼。根据楞次定律我们知道，导体在磁场中运动时由于出现感应电流

7、（这里即涡流），而受到的安培力必然阻碍导体的运动。直流电源图傅科摆示意图1.4.2电学仪表机械电压表、电流表等都是应用涡流的电磁阻尼效应多米尼而制成的。如，我们在使用电学仪表进行测量时，为了方便读数，我们都希望指针能迅速稳定在应指的地方而不左右摇摆，为此，一般电学仪表内都装有阻尼器。除了仪表之外，电磁阻尼还常用在电气机车的电磁制动器中。2.总结纵观全文，我们可以知道，涡电流的实质即感应电流。通电导线周围都会有磁场，把导体放置在该磁场中，便会产生感应电动势，继而产牛感应电流，即涡流