如圖1所示,當與閉合線圈鉸鏈的磁通發生變化時,將在閉合線圈上產生感應電動勢而形成感應電流。
圖1、渦流圖解一
如圖2所示,繞有線圈的鐵芯的截面,可以等效為無數個閉合的環形線圈的組合,當線圈中通過交變電流時,在這些閉合的環形線圈中同樣會產生感應電流,這些感應電流就像水中的一個個漩渦一樣,因此,人們稱其為渦流。
圖2、渦流圖解二
可見,實際上渦流是電磁感應現象的一種表現形式。渦流在1851年被法國物理學家萊昂.傅科所發現,因此,也稱傅科電流。
1、圖2中的多個閉合線圈中,越靠近外圍的線圈,其包含的磁力線越多,根據電磁感應定理,其感應電動勢也越大,渦流效果越明顯。也就說,導體的截面積越大,渦流效果越顯著;
2、電流的頻率越高,磁通變化率越大,E=Ndφ/dt,感應電動勢也越大,渦流效果越顯著;
3、導體的電阻率越小,感應電流越大,渦流效果越顯著。
渦流會產生熱量,在變壓器及電機的鐵芯中,這種現象是我們不希望的,因此,需要加以抑制,根據渦流的第一個特點,鐵芯采用許多薄的硅鋼片疊合而成,渦流的閉合回路大大減小,渦流顯著減小。根據渦流的第三個特點,增大鐵心材料的電阻率,也可以抑制渦流,常用的鐵心材料是硅鋼。
根據第二個特點,同一臺變壓器,電流相同時,頻率越高,渦流越顯著,渦流損耗也越大。
圖3、疊片狀硅鋼片抑制渦流
世間萬物,有利必有弊,有弊必有利。
利用導體中渦流的熱效應,可以制作各種感應加熱設備。如:真空冶煉爐、電磁爐。電磁灶的臺面下安裝有線圈,當線圈通過高頻交流電時,在臺面與金屬鍋底之間產生強大的交變的磁場,交變磁場穿過鍋底,在鍋底形成強渦流,產生大量的熱量。
圖4、渦流效應用于制作電磁爐
利用導體的渦流效應可以制作金屬探測器,金屬探測器的通過高頻交變電流,在金屬物中感應出渦流,渦流又產生磁場,影響原來的磁場,探測器檢測到磁場的變化,得知金屬的存在。
圖5、渦流效應用于制作金屬探測器