高中物理 第1章 电磁感应 第3节 电磁感应定律的应用 涡流的热效应的主要应用素材 鲁科版选修3-2（通用）

高中物理 第1章 电磁感应 第3节 电磁感应定律的应用 涡流的热效应的主要应用素材 鲁科版选修3-2（通用）

涡流的热效应的主要应用 ‎ ‎1.涡流的热效应的应用　　‎ 由于大多数金属的电阻率很小，因此不大的感应电动势往往可以在整块金属内部激起强大的涡流，涡流同样也要放出焦耳热。如果是整块金属绕上线圈，线圈通入交流，则金属产生的焦耳热与交流的频率的二次方成正比。由此，人们制出了冶炼金属用的真空高频感应炉。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成的坩埚，用来放待熔化的金属。整个冶炼过程能在真空中进行，能冶炼出高纯度的金属。现代家庭烹饪食物的一种新型炊具——电磁炉，其原理也是利用电磁感应引起的涡流加热来工作的。‎ ‎2.防止涡流的热效应的危害 ‎　　涡流产生的焦耳热也会造成危害，例如涡流的热效应对变压器和电机的运行极为不利，会导致铁芯温度升高，从而危及线圈绝缘材料的使用寿命；要损耗额外的能量,使变压器和电机的效率降低。如何减少涡流的热效应造成的危害呢？因为焦耳热与电流的二次方成正比，所以减少涡流更能减少发热量。在磁场的磁通量变化率相同的情况下，涡流的大小与回路面积有关，故可将电机、变压器的铁芯改用彼此绝缘的硅钢片叠合而成来代替。彼此绝缘的硅钢片越薄，则涡流的回路面积越小，涡流也越小。计算表明：涡流的热损耗与硅钢片的厚度的平方成正比。如果金属中的涡流是由金属外边紧密绕着的线圈通入的交变电流的磁场B1产生的，由楞次定律，则涡流的磁场B2与B1 平行，阻碍B1的变化。根据右手螺旋定则，磁感应强度方向垂直于电流（即线圈）所在平面。故金属中的涡流所在平面与金属外边的线圈平面平行。为了减少涡流的回路面积，彼此绝缘的薄硅钢片的叠合方向要与外边套上的线圈平面垂直，与交变电流的磁场B1方向平行（涡流的回路最大直径为薄硅钢片的厚度）。常见的小型变压器，薄硅钢片各表面涂上绝缘漆，两近似于“F”型薄片交叉对接拼成“曰”形状的平面，各平面再叠压在一起，将绕上线圈的方塑料框卡紧，线圈平面与硅钢片平面互相垂直，这也是为了减少涡流的回路面积，减少涡流的热损耗。‎ ‎　　采用薄硅钢片代替整块铁芯的另一原因是硅钢片的电阻率比一般钢铁的电阻率大，从而减少损耗。‎