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第12章 涡流

在一根导体外面绕上线圈,并把线圈通交流电,那么线圈就产生交变磁场。由于线圈中间的导体在圆周方向是可以等效成一圈圈的闭合回路,所以在导体的圆周方向会产生感生电流,电流的方向沿导体的圆周方向转圈,就像一圈圈的漩涡,所以这种情况下产生的感生电流被称为涡流。导体的外周长越长,交变磁场的频率越高,涡流就越大。

涡流有时非常有害,变压器的铁芯在工作时会产生涡流,增加能耗,并导致变压器发热。为了减少发热,降低能耗,提高变压器效率,一般不用整块材料作铁芯,而是把铁芯材料首先轧制成很薄的板材,板材外面涂上绝缘材料,再把板材叠放在一起,形成铁芯。这样,变压器在工作时,铁芯中的每一片材料的回路都很小,涡流就降低了。

但有时我们又要利用涡流。既然导体中有电流可以发热,我们就能够利用足够大的电力在导体中产生很大的涡流,使金属受热甚至熔化。根据这个道理,人们制造出了感应炉,用来冶炼金属。为了增大涡流,采用高频大功率的交流电。在感应炉中,有产生高频电流的电源,有产生交变磁场的线圈,线圈中间放置一个耐火材料制造的坩埚,用来放有待熔化的金属。

磁感应也叫磁感应强度,磁感应强度又称磁通密度,表示单位体积/面积里的磁通量,是用于描述磁场的能量的强度的物理量,是一个矢量,符号是B,单位是特(斯拉)(T)。

磁场强度和磁感应强度均为表征磁场性质(即磁场强弱和方向)的两个物理量。由于磁场是电流或者说运动电荷引起的,而磁介质(除超导体以外不存在磁绝缘的概念,故一切物质均为磁介质)在磁场中发生的磁化对源磁场也有影响(场的迭加原理)。因此,磁场的强弱可以有两种表示方法:在充满均匀磁介质的情况下,若包括介质因磁化而产生的磁场在内时,用磁感应强度B表示,其单位为特斯拉T,是一个基本物理量;单独由电流或者运动电荷所引起的磁场(不包括介质磁化而产生的磁场时)则用磁场强度H表示,其单位为A/m2,是一个辅助物理量。

具体的,B决定了运动电荷所受到的洛仑兹力,因而,B的概念较H更形象一些。在工程中,B也被称作磁通密度(单位Wb/m2)。在各向同性的磁介质中,B与H的比值即介质的绝对磁导率μ。

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