渦流效應

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髮生改變，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 ^[2]  。

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

在恆定磁通作用下的磁路中不存在功率損耗。如果磁通隨時間交變，則會在磁路中產生渦流損耗和磁滯損耗，統稱為鐵磁損耗，又簡稱為鐵損或鐵耗。

根據電磁感應原理，當磁路中的磁通隨時間交變時，會在鐵心中感生出一個旋渦狀電動勢，從而感應出電流，這個電流在垂直於磁通方向的平面上圍繞磁感應線呈旋渦狀流動(如圖2所示)，因此稱為渦流。該電流通過渦流回路電阻產生熱損耗，稱為渦流損耗。為了減小渦流損耗，導磁鐵心通常採用塗有絕緣漆的薄硅鋼片疊裝而成。由於硅有較高的電阻率，採用薄硅鋼片後又加長了渦流路徑從而使渦流電阻增大；同時，硅鋼片很薄，使通過每片硅鋼片的磁通較整個鐵心大為減小，從而使每片中的感生電動勢降低，因此可以達到減小渦流的目的。 ^[3] 

當薄片鐵心中通過正弦交變磁通時,單位體積鐵心內的渦流損耗可按下式近似計算:

式中，σ為鐵心材料的電導率，f為電源頻率，d為疊片厚度，B_m為磁感應強度幅值。

對渦流損耗嚴格的計算不能用上式進行，必須採用電磁場的數值分析方法來計算。

電磁爐採用了磁場感應渦流加熱原理，它利用交變電流通過線圈產生交變磁場，當磁場內的磁感線傳到含鐵質鍋的底部時，即會產生無數強大的小渦流，使鍋本身自行迅速發熱，然後再加熱鍋內的食物。

利用足夠大的電力在導體中產生很大的渦流，導體中電流可以發熱，使金屬受熱甚至熔化。所以製造了感應爐，用來冶煉金屬。在感應爐中，有產生高頻電流的大功率電源和產生交變磁場的線圈，線圈的中間放置一個耐火材料（例如陶瓷）製成的坩堝，用來放有待熔化的金屬。渦流感應加熱的應用很廣泛，如用高頻感應爐冶煉金屬，用高頻塑料熱壓機過塑，以及把渦流熱療系統用於治療，金屬材料學中常用於感應淬火、感應退火等方法來提高工件的表面硬度與耐磨性。

感應加熱的優點：1.非接觸式加熱，熱源和受熱物件可以不直接接觸；

2.加熱效率高，速度快，可以減少表面氧化現象；

3.容易控制温度，提高加工精度；

4.可實現局部加熱；

5.可實現自動化控制；

6.可減少佔地、熱輻射、噪聲和灰塵鋼盤在蹄型磁鐵的磁場中轉動，會在鋼盤中激起渦流，渦流在與磁場相互作用產生一個動態阻尼力，從而提供製動動力矩。這種制動方式常應用於電錶的阻尼制動、高速機車制動的渦流閘等。

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。

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，削弱迴路電阻，減少發熱損失。