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1、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
2、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
3、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。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
4、用弱，故磁铁在其中下落就快；而在管壁上开许多孔的铝管，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。【应用实例】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。 IQOQOI |铁锅小涡流励磁线圈灶体图25-2电磁炉
25涡电流演示
