*§12-3  涡流和趋肤效应

    一、涡流

图 12-10

    当大块导体处于变化的磁场中或在磁场中运动时,在导体内部会产生感应电流,因为这种电流呈涡旋状,故称涡电流,简称涡流。让大家看一下当在圆柱状铁芯外绕有线圈并在线圈中通以交变电流I时,铁芯中产生涡流的情形。当线圈中电流I沿箭头方向增大时,铁芯横截面内的磁通量在增大,因而环绕轴线产生了感应电流,如图12-10(a)所示。图12-10(b)中虚线圆环是在铁芯横截面上出现的感应电流的示意图,这些环状感应电流就是涡流,涡流的方向可根据楞次定律来确定。由于大块导体的电阻很小,涡流的强度会很大,因而会有大量的能量转变为热能,造成能量的损失,这种能量损失称为涡流损耗。所以,假如不是有意利用由涡流损耗转变的热能,大家总是设法抑制或减小涡流。

    为了抑制涡流,在必须使用铁芯的情况下,总是把铁芯做成片状,并在片与片之间涂敷绝缘材料, 如低频变压器铁芯就是这样制成的。线圈所通电流的频率越高,感应电动势就越大,涡流就越强,每层铁芯片应做得越薄。当电流的频率再提高时,叠片铁芯的涡流损耗也变得很大了, 这时必须使用电阻率很大的铁氧体芯。

图 12-11

    涡流是可以利用的。中频或高频感应炉就是利用涡流的热效应来熔炼金属的。这种熔炼方法不需另外的热源,热源就是被加热金属中产生的涡流。所以这种方法被广泛地应用于无法直接加热的真空器件。例如,用这种方法加热真空管中的金属部件,以除去吸附在金属部件中的气体。又例如,用这种方法进行真空熔炼和提纯,可以避免空气杂质的掺入。涡流的机械效应可用作电磁驱动或电磁阻尼,广泛地应用于各种仪表和测量系统中。图12-11是电磁阻尼的一个例子。图中表示,一个用金属片做成的摆悬挂在电磁铁的两极之间,当电磁铁未通电流时,摆可以自由摆动,当电磁铁接通电流时,金属片进入磁场后就马上停下来。显然,当金属片进入磁场时,穿过它的磁通量发生变化,涡流就会在其中形成。根据楞次定律,感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因的,感应电流与磁场的相互作用阻碍了穿过金属片的磁通量的继续变化,摆就停止下来了。

       
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