渦流

渦流 圖片來自百度

在物質內沿閉合迴路流動的感應電流。

渦流（Eddy Current，又稱為傅科電流）現象，在1851年被法國物理學家萊昂·傅科所發現。是由於一個移動的磁場與金屬導體相交，或是由移動的金屬導體與磁場垂直交會所產生。簡而言之，就是電磁感應效應所造成。這個動作產生了一個在導體內循環的電流。

磁場變化越快，感應電動勢就越大，渦流就越強；渦流能使導體發熱。在磁場發生變化的裝置中，往往把導體分成一組相互絕緣的薄片或一束細條，以降低渦流強度，從而減少能量的損耗；但在需要產生高溫時，又可以利用渦流取得熱量，如高頻電爐原理。

當線圈中的電流隨時間變化時，由於電磁感應，附近的另一個線圈中會產生感應電流。實際上這個線圈附近的任何導體中都會產生感應電流。

如果用圖表示這樣的感應電流，看起來就像水中的旋渦，所以我們把它叫做渦電流引。

渦流可以應用在無損檢測與監看多種金屬製品的結構，如飛機機身與零件的表面及近表面的檢測等。

在划槳的時候，帶起水面的局部漩渦，也是一種類似渦流的情形。

• 中文名:渦流

• 外文名:Eddy Current

• 又 稱:傅科電流

• 原 理：電磁感應作用在導體內感生的電流

• 詞 性:名詞

目錄

現象

如圖1所示，在一根導體外面繞上線圈，並讓線圈通入交變電流，那麼線圈就產生交變磁場。由於線圈中間的導體在圓周方向是可以等效成一圈圈的閉合電路，閉合電路中的磁通量在不斷發生改變，所以在導體的圓周方向會產生感應電動勢和感應電流，電流的方向沿導體的圓周方向轉圈，就像一圈圈的漩渦，所以這種在整塊導體內部發生電磁感應而產生感應電流的現象稱為渦流現象。 導體的外周長越長，交變磁場的頻率越高，渦流就越大。

導體內部的渦流也會產生熱量，如果導體的電阻率小，則渦流很強，產生的熱量就很大。

原理

電磁感應作用在導體內部感生的電流。又稱為傅科電流。導體在非勻強磁場中運動，或者導體靜止但有着隨時間變化的磁場，或者兩種情況同時出現，都可以造成磁力線與導體的相對切割。按照電磁感應定律，在導體中就產生感應電動勢，從而驅動電流。這樣引起的電流在導體中的分布隨着導體的表面形狀和磁場的分布而不同，其路徑往往有如水中的漩渦，因此稱為渦流。渦流在導體中要產生熱量。所消耗的能量來源於使導體運動的機械功，或者建立時變電磁場的能源。因此在電工設備中，為了防止渦流的產生或者減少渦流造成的能量損失，將鐵心用互相絕緣的薄片或細絲疊成，並且採用電阻率較高的材料如硅鋼片或鐵粉壓結的鐵心。

導體在非均勻磁場中移動或處在隨時間變化的磁場中時，因渦流而導致能量損耗稱為渦流損耗。渦流損耗的大小與磁場的變化方式、導體的運動、導體的幾何形狀、導體的磁導率和電導率等因素有關。渦流損耗的計算需根據導體中的電磁場的方程式，結合具體問題的上述諸因素進行。

用來冶煉合金鋼的真空冶煉爐，爐外有線圈,線圈中通入反覆變化的電流，爐內的金屬中產生渦流。渦流產生的熱量使金屬熔化。利用渦流冶煉金屬的優點是整個能在真空中進行，這樣就能防止空氣中的雜質進入金屬，可以冶煉高質量的合金。

電動機，變壓器的線圈都繞在鐵心上。線圈中流過變化的電流，在鐵心中產生的渦流使鐵心發熱，浪費了能量，還可能損壞電器。因此，我們要想辦法減小渦流。途徑之一是增大鐵心材料的電阻率，常用的鐵心材料是硅鋼。如果我們仔細觀察發電機、電動機、和變壓器，就可以看到，它們的鐵心都不是整塊金屬，而是用許多薄的硅鋼片疊合而成。為什麼這樣呢？ 原來，把塊狀金屬置於隨時間變化的磁場中或讓它在磁場中運動時，金屬塊內將產生感應電流。這種電流在金屬塊內自成閉合迴路，很像水的漩渦，因此叫做渦電流簡稱渦流。整塊金屬的電阻很小，所以渦流常常很強。

大塊的導體在磁場中運動或處在變化的磁場中，都要產生感應電動勢，形成渦流，引起較大的渦流損耗。為減少渦流損耗，交流電機、電器中廣泛採用表面塗有薄層絕緣漆或絕緣的氧化物的薄硅鋼片疊壓製成的鐵心，這樣渦流被限制在狹窄的薄片之內，磁通穿過薄片的狹窄截面時，這些迴路中的淨電動勢較小，迴路的長度較大，迴路的電阻很大，渦流大為減弱。再由於這種薄片材料的電阻率大（硅鋼的渦流損失只有隻有普通鋼的1/5至1/4），從而使渦流損失大大降低。

另一方面，利用渦流作用可以做成一些感應加熱的設備，或用以減少運動部件振盪的阻尼器件等。 如： 我們常見的電磁爐。就是採用渦流感應加熱原理；其內部通過電子線路板組成部分產生交變磁場、當用含鐵質鍋具底部放置爐面時，鍋具即切割交變磁力線而在鍋具底部金屬部分產生渦流，使鍋具內電子運動產生熱能，用來加熱和烹飪食物，從而達到煮食的目的。

損耗

1、傅科電流

導體在非均勻磁場中移動或處在隨時間變化的磁場中時，因渦流而導致的能量損耗。渦流是上述情況下導體內的感生的電流。這種電流在導體中形成一圈圈閉合的電流線，稱為渦流（又稱傅科電流）。

2、產生渦流

置於隨時間變化的磁場中的導體內，也會產生渦流，如變壓器的鐵心，其中有隨時間變化的磁通，它在副邊產生感應電動勢，同時也在鐵心中產生感應電動勢，從而產生渦流。這些渦流使鐵心發熱，消耗電能，這是不希望有的。但在感應加熱裝置中，利用渦流可對金屬工件進行熱處理。

3、渦流抑制

大塊的導體在磁場中運動或處在變化的磁場中，都要產生感應電動勢,形成渦流，引起較大的渦流損耗。為減少渦流損耗，常將鐵心用許多鐵磁導體薄片（例如硅鋼片）疊成，這些薄片被分開呈梯形狀，表面塗有薄層絕緣漆或絕緣的氧化物。磁場穿過薄片的狹窄截面時，渦流被限制在沿各片中的一些狹小迴路流過，這些迴路中的淨電動勢較小，迴路的長度較大，再由於這種薄片材料的電阻率大，這樣就可以顯著地減小渦流損耗。所以，交流電機、電器中廣泛採用疊片鐵心。

當然，在生產和生活中，有時也要避免渦流效應。如電機、變壓器的鐵芯在工作時會產生渦流，增加能耗，並導致變壓器發熱。要減少渦流，可採用的方法是把整塊鐵芯改成用薄片疊壓的鐵芯，增大迴路電阻，削弱迴路電流，減少發熱損失。

應用

渦流與感應加熱的應用： 渦流效應衍生出一系列工業產品，感應加熱電源就是其中最重要的一個，感應加熱就是利用渦流加熱金屬導體，使之非接觸式發熱。很多工業產品加熱是不能用明火加熱，這時候感應渦流加熱就成功地解決了這個問題，也使產品有了革命性的進步，感應加熱是將被加熱金屬置於高頻變化的電磁場中（實際應用是在感應線圈中），強大的電磁場在其表面形成感應渦流，依靠材料本身的內阻，使之迅速發熱，以改善工件的機械性能，感應加熱特性是渦流熱應用最典型的例子，金屬熱處理必不可少的加熱方式，也是以後工業加熱的趨勢，感應渦流不僅用於金屬件熱處理，也用于海底管道鋪設，石油天然氣管道預熱焊接，焊後熱處理，紫銅釺焊，蒸發鍍膜，電機短路環焊接，這些應用最基本的原理就是電磁感應，電磁場產生渦流熱效應的應用。

渦流金屬探測器有一個流過一定頻率交變電流的探測線圈，該線圈產生的交變磁場在金屬物中激起渦流，隱蔽金屬物的等效電阻、電感也會反射到探測線圈中，改變通過探測線圈電流的大小和相位，從而探知金屬物。渦流金屬探測器可用於探測行李包中的槍支、埋於地表的地雷、金屬覆蓋膜厚度等。

流體力學

在流體力學和水力學中的渦流是指流體的旋轉角速度矢量至少有一個不為零，也稱為有旋流，即流體質點或流體微團在運動過程中繞其自身軸線旋轉。一般產生一個渦流就會有另一個相應的渦流，這是專業學界普遍認可的飛機會飛的原因之一。

視頻

字詞小課堂:渦流

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