实验图片
涡流热效应演示仪
[分析报告]
赵雪婕|3015214075|2016年10月1日
实验现象的描述
在本实验中，线圈通电后产生磁感线进而形成闭合回路。

当线圈通入交流电时，铁芯内的磁场也是变换的，进而产生感应电流。

把蜡烛放入铝环槽中，打开电源开关，并按下绿色按钮不松手，几秒后，电流使如图铝环发热，若在铝环槽中放入蜡烛，可使蜡烛熔化，并开始冒烟。

实验所涉及的物理知识
1.根据法拉第电磁感应定律，闭合导体回路中的磁通量变化时，闭合导体回路就会产生感应电动势。

如果闭合导体的电阻较小，则感应电动势会在其中产生很大的感应电流。

Q=I²Rt交变的磁通量变化会在大块导体内产生涡状电流称为涡电流。

涡电流可以使导体发热。

由于铝环的电阻R很小，所以它的发热功率很大。

2.采用表面涂有薄层绝缘漆或绝缘的氧化物的薄硅钢片叠压制成的铁心，涡流被限制在狭窄的薄片之内，磁通穿过薄片的狭窄截面时，这些回路中的净电动势较小，回路的长度较大，回路的电阻很大，涡流大为减弱。

再由于这种薄片材料的电阻率大（硅钢的涡流损失只有普通钢的1/5至1/4），从而使涡流损失大大降低。

3.连接机理：将220伏，50赫兹的交流电压接入匝数很高的初级线圈中，在初级线圈中产生很大的电流，在磁轭中产生高磁感应通量，该交变磁通量穿过铝锅产生互感电动势，由于铝锅电阻很小，因此产生很大的感应电流，释放出很大的焦耳热。

以此证明涡流的热效应。

4.
[以上原理均来自百度百科]
实验现象的历史和应用
在一根导体外面绕上线圈，并让线圈通入交变电流，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电路，闭合电路中的磁通量在不断发生改变，所以在导体的圆周方向会产生感应电动势和感应电流，电流的方向沿导体的圆周方向转圈，就像一圈圈的漩涡，所以这种在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象。

[1]
1831年8月，法拉第在软铁环两侧分别绕两个线圈，其一为闭合回路，在导线下端附近平行放置一磁针，另一与电池组相连，接开关，形成有电源的闭合回路。

实验发现，合上开关，磁针偏转；切断开关，磁针反向偏转，这表明在无电池组的线圈中出现了感应电流。

法拉第立即意识到，这是一种非恒定的暂态效应。

紧接着他做了几十个实验，把产生感应电流的情形概括为5类：变化的电流，变化的磁场，运动的恒定电流，运动的磁铁，在磁场中运动的导体，并把这些现象正式定名为电磁感应。

进而，法拉第发现，在相同条件下不同金属导体回路中产生的感应电流与导体的导电能力成正比，他由此认识到，感应电流是由与导体性质无关的感应电动势产生的，即使没有回路没有感应电流，感应电动势依然存在。

后来，给出了确定感应电流方向的楞次定律以及描述电磁感应定量规律的法拉第电磁感应定律。

并按产生原因的不同，把感应电动势分为动生电动势和感生电动势两种，前者起源于洛伦兹力，后者起源于变化磁场产生的有旋电场。

[2]
电涡流缓速器工作原理：利用电磁学原理把汽车行驶的动能转化成热能而散发掉，从而实现汽车的减速。

运用电磁场理论推倒了电涡流缓速器的电流密度和制动力矩公式，这些公式反映了缓速器电磁机构各设计参数之间的关系。

[3]
涡流与感应加热的应用涡流效应衍生出一系列工业产品，感应加热电源就是其中最重要的一个，感应加热就是利用涡流加热金属导体，使之非接触式发热。

很多工业产品加热是不能用明火加热，这时候感应涡流加热就成功地解决了这个问题，使用也产品革命性的进步，感应加热是将被加热金属置于高频变化的电磁场中（实际应用是在感应线圈中），强大的电磁场在其表面形成感应涡流，依靠材料本身的内阻，使之迅速发热，以改善工件的机械性能，感应加热特性是涡流热应用最典型的例子，金属热处理必不可少的加热方式，也是以后工业加热的趋势，感应涡流不仅用于金属件热处理，也用于海底管道铺设，石油天然气管道预热焊接，焊后热处理，紫铜钎焊，蒸发镀膜，电机短路环焊接，这些应用最基本的原理就是电磁感应，电磁场产生涡流热效应的应用。

涡流金属探测器有一个流过一定频率交变电流的探测线圈，该线圈产生的交变磁场在金属物中激起涡流，隐蔽金属物的等效电阻、电感也会反射到探测线圈中，改变通过探测线圈电流的大小和相位，从而探知金属物。

涡流金属探测器可用于探测行李包中的枪支、埋于地表的地雷、金属覆盖膜厚度等。

[4]
[1]涡流,百度百科.
[2]法拉第电磁效应，百度百科
[3]（学术论文）何仁衣丰艳何建清，电涡流缓速器制动力矩的计算方法，汽车工程，卷（26）
[4]涡流的应用，百度百科
我的想法和我的计算
想法：1.是否可以与线圈串联一个或几个负载，并用继电器控制其通、短路，达到既能保护线圈的同时，又能简化操作的目的？
答：串电阻应该是限制电流保护，为了安全尽量不要随意改动。

如果要串联负载，在保证安全的情况下，可以在实验室实验一下。

2.通电后铝锅非常热，容易烫伤，是否能在铝锅周围加一个降温装置，以避免不必要的伤害？
答：从气源来的高压气体经过喷嘴，几乎以自由涡流形式进入涡流室，在涡流室内流动，边缘角速度很小，但近中心点角速度很大。

由于粘性力，最终角速度相等。

因此在气体向前流动过程中，内层气流速度降低，外层气流速度逐渐增大。

与此同时，热量也向内层中心传递，内层供给外层的动能足以补偿由于摩擦和传热所产生的热流。

综上，利用涡流的降温装置是可行的。

另外，在涡流热效应的相关仪器中，一定要注意减少涡流损耗。

导体涡流损耗是指在非均匀磁场中移动或处在随时间变化的磁场中，因涡流而导致能量损耗。