高中物理减小涡流（高中物理涡流）

一、涡流的产生及特点

1.涡流的产生

涡流实际上是一种特殊的电磁感应现象，当导体处在变化的磁场中、或者导体在非匀强磁场中运动时，导体内部可以等效成许多的闭合电路，当穿过这些闭合电路的磁通量变化时，在导体内部的这些闭合电路中将产生感应电流、即导体内部产生了涡流，如图所示.

2.涡流的特点

（1）磁场变化越快(△B/△t）导体的横截面积越S大，导体材料的电阻率越小，形成的涡流就越大.

（2）涡流是整块导体发生的电磁感应现象，同样遵循电磁感应定律.

3.产生涡流的两种情况

（1）块状金属放在变化的磁场中；

（2）块状金属进出磁场或在非匀强磁场中运动.

4.产生涡流时的能量转化

伴随着涡流现象，其他形式的能转化成电能并最终在金属块中转化为内能.

（1）如果金属块放在了变化的磁场中，则磁场能转化为电能，最终转化为内能.

（2）如果金属块进出磁场或在非匀强磁场中运动，则由于克服安培力做功，金属块的机械能转化为电能，最终转化为内能.

二、涡流的防止与应用

1.涡流的危害

在各种电动机、变压器中，涡流是非常有害的.首先它会使铁芯的温度升高，从而危及线圈绝缘材料的寿命，严重时会使材料报废；其次涡流发热要消耗额外的能量，使电动机、变压器的效率降低.

2.涡流的防止

（1）增大铁芯材料的电阻率，常用的材料是硅钢.

当电流在金属块内自成闭合回路(产生涡流)时，由于整块金属的电阻很小，涡流往往很强，金属块的发热功率很大.

（2）用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢.一方面硅钢片的电阻率比一般钢铁的要大，从而减少损耗；另一方面，每层硅钢片之间都是绝缘的，阻断了涡流的通路，进一步减少了涡流的发热.

3.涡流的应用

（1）真空冶炼炉

用来治炼合金的真空治炼炉，炉外有线圈，线圈中通过反复变化的电流，炉内的金属中产生涡流，涡流产生的热量使金属熔化并达到很高的温度利用涡流冶炼金属的优点是整个过程能在真空中进行，这样就能防止空气中的杂质进人金属，可以冶炼高质量的合金为了增大涡流，达到快速熔化金属的目的，在线圈中通入高频交变电流，电流变化快，磁场变化就快，根据电磁感应定律可知，得到的感应电动势就大，涡流就强.

（2）探雷器

探测地雷的探雷器是利用涡流工作的.探雷器的长柄线圈中，通有变化的电流，其周围能产生变化的磁场.埋在地下的金属物品，由于电磁感应而形成涡流，涡流的磁场反过来又作用于线圈，使仪器报警.

机场、车站及重要场所的安检门及工作人员手上的探测器，也是利用与探雷器类似的电磁感应原理使仪器报警，来探测进出人员身上携带的金属物品.

涡流的应用：探雷器

这种探雷器可以用来探测外壳为金属的地雷或有较大金属零件的地雷.

【拓展】

1.电磁炉工作原理

电磁炉的台面下布满了线圈，当通上高频交流电时，在台板与铁锅之间产生交变磁场，磁感线穿过锅体，产生感应电流—一涡流这种感应电流在金属锅体中产生热效应，从而达到加热和烹饪食物的目的.

2.冶炼金属的高频感应电炉就是利用高频交流电，通过线圈使装入冶炼炉内的金属中产生很强的涡流，从而产生大量的热使金属熔化.

3.焊接原理

线圈中通以高频交流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，由于焊接缝处的接触电阻很大，放出的焦耳热很多，致使温度升得很高，将金属融化，焊接在一起.

【练习】

1.如图所示是用涡流金属探测器探测地下金属物的示意图，下列说法中正确的是（）

A.探测器内的探测线圈会产生交变磁场

B.只有具有磁性的金属物才会被探测器探测到

C.探测到地下的金属物是因为探头中产生了涡流

D.探测到地下的金属物是因为金属物中产生了涡流

2.如图所示为新一代炊具—一电磁炉，无烟、无明火、不产生有害气体、无微波辐射、高效节能等是电磁炉的优点。电磁炉是利用电流通过线圈产生磁场，当磁场的磁感线通过含铁质锅底部时，会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速发热，然后再加热锅内食物。下列相关说法中正确的是（）

A.锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的

B.锅体中的涡流是由变化的磁场产生的

C.恒定磁场越强，电磁炉的加热效果越好

D.提高磁场变化的频率，可提高电磁炉的加热效果

3.如图所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来.若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有（）

A.增加线圈的匝数

B.提高交流电源的频率

C.将金属杯换为瓷杯

D.取走线圈中的铁芯

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