涡流现象与电磁灶

1、1.6 1.6 涡流现象与电磁灶涡流现象与电磁灶2 2知道涡流的利与弊，以及如何利用和防止。知道涡流的利与弊，以及如何利用和防止。3 3电磁灶的工作原理。电磁灶的工作原理。1 1知道涡流是如何产生的。知道涡流是如何产生的。4 4知道电磁阻尼和电磁驱动。知道电磁阻尼和电磁驱动。观察发电机、电动机和变压器，可以看到它们的铁芯都观察发电机、电动机和变压器，可以看到它们的铁芯都不是整块金属，而是由许多相同绝缘的薄硅钢片叠合而不是整块金属，而是由许多相同绝缘的薄硅钢片叠合而成的成的. .为什么这样做呢？为什么这样做呢？想一想，做一做想一想，做一做如图线圈接入如图线圈接入220V220V交变电源，块状铁芯

2、插入线圈中，让交变电源，块状铁芯插入线圈中，让一名学生感知铁芯的变化。一名学生感知铁芯的变化。现象：现象：几分钟后学生感到铁芯变热。几分钟后学生感到铁芯变热。这是怎么回事呢？这是怎么回事呢？想一想，做一做想一想，做一做解释：解释：原来把块状的铁芯放在变化的磁场中或让它在磁场原来把块状的铁芯放在变化的磁场中或让它在磁场中运动时，铁芯块可看做是由一圈圈闭合回路组成的，穿中运动时，铁芯块可看做是由一圈圈闭合回路组成的，穿过这些回路的磁通量发生变化，从而产生感应电流，这种过这些回路的磁通量发生变化，从而产生感应电流，这种电流在金属块内电流在金属块内自成闭合电路，自成闭合电路，很像水的漩涡，很像水的漩涡

3、，因此叫做涡电流，因此叫做涡电流，简称简称涡流涡流由于整块金属的电阻很小，所以涡电流常常很大。涡电流由于整块金属的电阻很小，所以涡电流常常很大。涡电流会引起铁芯发热，这不仅损耗了大量的电能，而且还可能会引起铁芯发热，这不仅损耗了大量的电能，而且还可能烧毁设备，引起事故。变压器和镇流器的铁芯通常用涂有烧毁设备，引起事故。变压器和镇流器的铁芯通常用涂有绝缘漆的薄硅钢片压制成，而不是用一整块硅钢制成，其绝缘漆的薄硅钢片压制成，而不是用一整块硅钢制成，其原因就是为了减小涡电流。原因就是为了减小涡电流。为什么变压器和镇流器的铁芯用硅钢片叠压而成，就可以为什么变压器和镇流器的铁芯用硅钢片叠压而成，就可以有

4、效地减小涡电流？有效地减小涡电流？用的材料是硅钢用的材料是硅钢, ,是为了增大铁芯材料的电阻率。是为了增大铁芯材料的电阻率。用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。涂有绝缘材料的薄硅钢片叠压的铁芯，在变化的磁场中，涂有绝缘材料的薄硅钢片叠压的铁芯，在变化的磁场中，产生的涡流被限制在狭窄的薄片之内，回路的电阻很大，产生的涡流被限制在狭窄的薄片之内，回路的电阻很大，涡流大为减弱，又因为硅钢片比普通导体的电阻大，可以涡流大为减弱，又因为硅钢片比普通导体的电阻大，可以进一步减小涡流损失，电动机和变压器的铁芯都不是整块进一步减小涡流损失，电动机和变

5、压器的铁芯都不是整块金属。金属。 一、涡流一、涡流 1. 1.当线圈中的电流随时间变化时当线圈中的电流随时间变化时, ,这个线圈附近的任何这个线圈附近的任何导体中都会产生感应电流导体中都会产生感应电流-涡流涡流. . 2. 2.金属块中的涡流也要产生热量金属块中的涡流也要产生热量. .1.1.无火之灶无火之灶-电磁灶电磁灶二、涡流的利用二、涡流的利用涡电流会使金属发热。电磁灶就是利用这个原理制成的。涡电流会使金属发热。电磁灶就是利用这个原理制成的。有两种类型：一种是利用工频电流进行感应加热有两种类型：一种是利用工频电流进行感应加热; ;另一种另一种是利用是利用15 kHz15 kHz以上的高频

6、电流进行感应加热。前者称为以上的高频电流进行感应加热。前者称为“工频电磁炉工频电磁炉”, ,后者称为后者称为“高频电磁炉高频电磁炉”。工频电磁炉无需进行工频到高频的变换电路工频电磁炉无需进行工频到高频的变换电路, ,电路复杂性电路复杂性较小较小; ;但是但是, ,需要特殊的复合材料需要特殊的复合材料( (一般为不锈钢、铁、不一般为不锈钢、铁、不锈钢、铝四层复合锈钢、铝四层复合) )制成的烹饪锅具才能正常工作。制成的烹饪锅具才能正常工作。高频电磁炉需要设置高频变换和控制电路高频电磁炉需要设置高频变换和控制电路, ,但无需复合材但无需复合材料制成锅体。家用电磁炉一般采用高频模式。高频电磁炉料制成锅

7、体。家用电磁炉一般采用高频模式。高频电磁炉热效率高达热效率高达8383。在电磁炉内部的主谐振部分。在电磁炉内部的主谐振部分, ,由整流电由整流电路将路将50 Hz50 Hz60 Hz60 Hz的交流电压变成直流电压的交流电压变成直流电压, ,再经过控制再经过控制电路将直流电压转换成频率为电路将直流电压转换成频率为202050 kHz50 kHz的高频电压。高的高频电压。高速变化的电流流过线圈时速变化的电流流过线圈时, ,产生高速交变的磁场产生高速交变的磁场; ;当磁场内当磁场内的磁力线通过金属器皿时的磁力线通过金属器皿时, ,底部会产生巨大的涡流底部会产生巨大的涡流, ,使器皿使器皿本身自行高

8、速发热本身自行高速发热, ,然后再加热器皿内的物质。然后再加热器皿内的物质。电磁灶的台面下布满了金属导线电磁灶的台面下布满了金属导线缠绕的线圈，采用磁场感应涡电缠绕的线圈，采用磁场感应涡电流加热原理，当通有交替变化极流加热原理，当通有交替变化极快的交流电时，在台面与铁锅底快的交流电时，在台面与铁锅底之间产生强大的交变的磁场，磁之间产生强大的交变的磁场，磁感线穿过锅底，使锅底产生强涡感线穿过锅底，使锅底产生强涡流，当磁场内的磁力线通过铁质流，当磁场内的磁力线通过铁质锅底时会产生无数的涡流使锅的锅底时会产生无数的涡流使锅的本身自行高速发热，就放出大量本身自行高速发热，就放出大量的热量，然后再作用于

9、锅内食物，的热量，然后再作用于锅内食物，将饭菜煮熟。这种最新的加热方将饭菜煮熟。这种最新的加热方式，能减少热量传递的中间环节，式，能减少热量传递的中间环节，可大大提升制热效率，比传统炉可大大提升制热效率，比传统炉具（电炉、气炉）节省能源一半具（电炉、气炉）节省能源一半以上。以上。电磁灶电磁灶工频电磁炉工频电磁炉电磁炉采用磁场感应电流（又称为涡流）的加热原理，电磁炉是电磁炉采用磁场感应电流（又称为涡流）的加热原理，电磁炉是通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质的锅具底部通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质的锅具底部放置炉面上时，锅具切割交变磁感线而在锅具底部金属部分产生放置炉面

10、上时，锅具切割交变磁感线而在锅具底部金属部分产生交变的电流（即涡流），涡流的电能在锅体的材料电阻上转化为交变的电流（即涡流），涡流的电能在锅体的材料电阻上转化为热能以加热食品。同时，涡流又在磁场中受到电磁力的作用，可热能以加热食品。同时，涡流又在磁场中受到电磁力的作用，可使锅体紧紧地吸附在灶面板上，避免产生振动而发出噪声。使锅体紧紧地吸附在灶面板上，避免产生振动而发出噪声。电磁感应理论证明，电磁感应理论证明，涡电流的发热功率与交流电的频率的涡电流的发热功率与交流电的频率的平方成正比平方成正比。此外，烹饪锅的发热功率还与锅的表面电阻。此外，烹饪锅的发热功率还与锅的表面电阻以及励磁线圈匝数的平方成

11、正比对于中频，铜、铝等材以及励磁线圈匝数的平方成正比对于中频，铜、铝等材料表面电阻很小，为了保证锅体的发热功率，如果使用铝料表面电阻很小，为了保证锅体的发热功率，如果使用铝或铜锅，要求增大励磁线圈的匝数然而，这样一来，励或铜锅，要求增大励磁线圈的匝数然而，这样一来，励磁线圈本身的铜损也会大大增加，从而降低效率因此，磁线圈本身的铜损也会大大增加，从而降低效率因此，铜质和铝质锅体不能用于中频电磁灶普通铁锅导磁系数铜质和铝质锅体不能用于中频电磁灶普通铁锅导磁系数大，在励磁线圈同样大小的匝数条件下，能产生更大的涡大，在励磁线圈同样大小的匝数条件下，能产生更大的涡电流此外，铁锅比铜、铝锅有较大的表面电阻

12、，因而具电流此外，铁锅比铜、铝锅有较大的表面电阻，因而具有很好的加热性能，可以使电磁灶做得小有很好的加热性能，可以使电磁灶做得小巧、省料，价格也巧、省料，价格也低廉为了减小气隙的磁阻铁锅均应做成平底锅如果低廉为了减小气隙的磁阻铁锅均应做成平底锅如果用某些铁磁性不锈钢制作烹饪锅，在保证机械强度条件下用某些铁磁性不锈钢制作烹饪锅，在保证机械强度条件下锅体可以做得很薄，以进一步提高锅体的发热功率有的锅体可以做得很薄，以进一步提高锅体的发热功率有的锅体也可做成复合板形式锅体也可做成复合板形式. .几种常见的电磁灶几种常见的电磁灶几种常见的电磁灶几种常见的电磁灶2.2.真空冶炼炉真空冶炼炉你能分析为什么

13、频率越高，冶炼越快吗？你能分析为什么频率越高，冶炼越快吗？图图 真空冶炼炉真空冶炼炉金属探测器金属探测器探雷器、安检门等。探雷器、安检门等。3.3.电磁阻尼：电磁阻尼：导体在磁场中运动时，感应电流使导体受到导体在磁场中运动时，感应电流使导体受到安培力而总是要阻碍导体的相对运动的现象。安培力而总是要阻碍导体的相对运动的现象。 应用应用: :磁电式仪磁电式仪表、电气机车的表、电气机车的电磁制动、阻尼电磁制动、阻尼摆等摆等. .4.4.电磁驱动：电磁驱动：当磁场相对于导体转动时，在导体中会产生当磁场相对于导体转动时，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用而运动起来感应电流，感应电流使

14、导体受到安培力的作用而运动起来的现象。的现象。应用：应用：感应电动感应电动机、电能表、汽机、电能表、汽车上用的电磁式车上用的电磁式速度表等速度表等。电磁阻尼是导体相对于磁场运动电磁阻尼是导体相对于磁场运动; ; 电磁驱动是磁场相对于导体运动电磁驱动是磁场相对于导体运动. .安培力的作用都是阻碍它们间的相对运动。安培力的作用都是阻碍它们间的相对运动。电磁阻尼与电磁驱动的电磁阻尼与电磁驱动的区别和联系区别和联系1.1.如图所示是一种冶炼金属的感应炉示意图，炉内装着需如图所示是一种冶炼金属的感应炉示意图，炉内装着需冶炼的金属，炉外绕着很多匝线圈，当高频交变电流通过冶炼的金属，炉外绕着很多匝线圈，当高

15、频交变电流通过线圈后，炉内的金属就会被熔化。请你说明感应炉冶炼金线圈后，炉内的金属就会被熔化。请你说明感应炉冶炼金属的原理。属的原理。涡流的热效应涡流的热效应2.2.下列哪些措施是为了防止涡流的危害（下列哪些措施是为了防止涡流的危害（ ）A.A.电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅电磁炉所用的锅要用平厚底金属锅B.B.磁电式电表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框磁电式电表的线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上上C.C.变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅变压器的铁芯不做成整块，而是用许多电阻率很大的硅钢片叠合而成钢片叠合而成D.D.变压器的铁芯每片硅钢片表面涂有不导电的氧化层变压器

16、的铁芯每片硅钢片表面涂有不导电的氧化层CDCD3.3.在水平放置的光滑导轨上，沿导轨固定一个条形磁铁，在水平放置的光滑导轨上，沿导轨固定一个条形磁铁，如图。现有铁、铝和有机玻璃制成的滑块甲、乙、丙，使如图。现有铁、铝和有机玻璃制成的滑块甲、乙、丙，使它们从导轨上的它们从导轨上的A A点以某一初速度向磁铁滑去。各物块在点以某一初速度向磁铁滑去。各物块在碰上磁铁前的运动情况是碰上磁铁前的运动情况是( ( ) )A.A.都做匀速运动都做匀速运动B.B.甲做加速运动甲做加速运动C.C.乙做匀速运动乙做匀速运动D.D.丙做匀速运动丙做匀速运动BDBD4.4.教室里有一台灵敏电流计，如图所示。老师要求同学

17、们教室里有一台灵敏电流计，如图所示。老师要求同学们想办法检测这一电流计内部线圈是否断想办法检测这一电流计内部线圈是否断了，可是教室里没有多用电表，也没有了，可是教室里没有多用电表，也没有电池。吴华慧同学翻了翻自己的文具盒，电池。吴华慧同学翻了翻自己的文具盒，手里握着一小玩意儿，神秘地对大家说，手里握着一小玩意儿，神秘地对大家说，我有办法了。请你猜一猜，她手中握的我有办法了。请你猜一猜，她手中握的可能是什么东西？她会用怎样的办法解可能是什么东西？她会用怎样的办法解决这个问题？决这个问题？她手里应当是握着一段导体，可能是一个回形针（一她手里应当是握着一段导体，可能是一个回形针（一把小刀、一只圆规把小刀、一只圆规），她会把导体接在电流计的），她会把导体接在电流计的两极间，然后摇动电流计，如果指针很快停下，说明两极间，然后摇动电流计，如果指针很快停下，说明内部线圈没有断，如果指针晃动很长时间，说明内部内部线圈没有断，如果指针晃动很长时间，说明内部线圈断了。线圈断了。本节课主要学习了涡流，涡流是电磁感应现象的一种特殊本节课主要学习了涡流，涡流是电磁感应现象