渦流產(chǎn)生的原因
從前面我們所學(xué)的課程可以得知,通過(guò)線圈回路的磁通量發(fā)生變化,線圈中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),回路中也就產(chǎn)生感應(yīng)電流(穿過(guò)線圈的磁通發(fā)生變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì))。
如果把一塊導(dǎo)體放在變化著的磁場(chǎng)中或相對(duì)于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí),由于導(dǎo)體內(nèi)部都可構(gòu)成閉合回路,穿過(guò)回路的磁通發(fā)生變化,因此在導(dǎo)體中也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,這些電流在導(dǎo)體內(nèi)自行閉合成旋渦狀,故稱渦電流,簡(jiǎn)稱渦流。
渦流效應(yīng)的利弊
如右圖(a)所示,由于導(dǎo)體電阻很小,因此渦流一般都很大。由于電流的熱效應(yīng),渦流會(huì)使導(dǎo)體發(fā)熱,消耗能量,所以渦流有時(shí)是有害的。例如通過(guò)變壓器、電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)中的交變電流磁場(chǎng),會(huì)使鐵心產(chǎn)生渦流,渦流是鐵芯發(fā)熱,這樣就造成損耗(俗稱鐵損)并使設(shè)備產(chǎn)生熱量,溫度升高,絕緣材料容易老化,縮短變壓器、電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的使用壽命,甚至使他們損壞。
渦流在各種電機(jī)、變壓器中是有害的,但也有可用之處,例如工廠冶煉合金時(shí)常常用的高頻感應(yīng)爐就是利用金屬導(dǎo)體塊中產(chǎn)生的渦流來(lái)熔化金屬。
電工測(cè)量?jī)x表要求指針的擺動(dòng)很快停下來(lái),以便迅速讀出讀數(shù)(如電流表、電壓表等)。為達(dá)到此目的,電流表的線圈要繞在鋁框上,當(dāng)被測(cè)電流通過(guò)線圈時(shí),線圈帶動(dòng)指針和鋁框一起轉(zhuǎn)動(dòng),鋁框在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生渦流,磁場(chǎng)對(duì)這個(gè)渦流的作用力阻礙她們的擺動(dòng),于是指針很快地穩(wěn)定指到讀書(shū)位置上,這便是渦流效應(yīng)的應(yīng)用——電磁阻尼作用。電氣阻尼作用還常用于電氣機(jī)車的電磁制動(dòng)器中。
控制減小渦流效應(yīng)
如上文右圖(b)以及此處右圖所示,為了減少渦流損耗,在電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器、交流電磁鐵等設(shè)備的鐵芯材料中,都不使用整塊的鐵芯,而是采用表面涂有絕緣漆的一片片硅鋼片疊壓而成。這是因?yàn)楣桎撝泻?~5%的硅,可提高鐵芯的電阻率,此外鐵片與鐵片之間相互絕緣,使渦流被限制在狹小的薄片之間,回路的電阻很大,渦流便大為減小,從而使渦流存世大大降低。