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1、25涡电流演示 实验二十五 涡电流演示 如图25-1所示，由底座、磁铁和三个相同高度的中空铝管组成。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。 A B C 让一块磁铁分别从三个一定高度的中空铝管顶端落下，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。 图25-1 1. 涡电流演示仪 图涡电流演示仪 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。 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
2、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： 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
3、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。 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，在材料相同的情况下，涡电流的强弱与管壁的形状、大小密切相关。管壁完整的铝管有助于形成涡电流，磁铁受到的阻碍作用强，故磁铁在其中下落时，运动得最慢；对于管壁上有一条缝的铝管，由于缝的阻断作用，不易形成涡电流，磁铁受到的阻碍作用弱，故磁铁在其中下落就快；而在管壁
4、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，运动的快慢就介于A、B之间，较管壁完整的快，比管壁上开缝的要慢。 金属导体内涡电流产生的热效应可以用于金属材料的加热和冶炼。理论分析表明，涡电流强度与交变电流的频率成正比，涡电流产生的焦耳热则与交变电流的平方成正比，因此，采用高频交流电就可以在金属圆柱体内汇集成强大的涡流，释放出大量的焦耳热，最后使金属自身熔化。这就是高频感应炉的原理。 电磁炉的工作原理也是如此，采用变化磁场感应涡流加热。如图25-2所示，当交变电流通过炉内的扁平励磁线圈进，产生变化的磁场。该变化磁场使穿过含铁质的锅具底部的磁通量发生周期性变化，在锅底产生无数强烈的小涡流，涡流使锅具里的铁分子高速无规则运动，分子间互相碰撞，摩擦而产生热能，使锅体本身快速发热，然后再加热锅内的食物。由于电磁炉线圈和锅体没有直接接触，而是靠电磁感应加热，所以没有漏电危险。电磁炉发热线圈本身有磁条陈列和锅体对磁力线的汇聚吸收作用，并且经过金属外壳屏蔽，所以不会对人体造成伤害。 另一方面，导体中发生涡电流，也有有害的方面。在许多电磁设备中常有大块的金属部件铁芯，涡电流可使铁芯发热，浪费电能，这就是涡流耗损。 图25-2 电磁炉 励磁线圈 灶体 铁锅 小涡流
