渦流（Eddy Current），又稱(chēng)為傅科電流，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，塊狀的金屬導(dǎo)體置于變化著的磁場(chǎng)中或在固定磁場(chǎng)中作切割磁力線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬導(dǎo)體內(nèi)就要產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流流線(xiàn)在金屬導(dǎo)體內(nèi)呈閉合回線(xiàn)，類(lèi)似水的旋渦形狀，故稱(chēng)之為電渦流。
1855年，法國(guó)物理學(xué)家傅科發(fā)現(xiàn)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的金屬板因電磁感應(yīng)而產(chǎn)生渦電流。對(duì)于大塊良導(dǎo)體，由于電阻很小，渦電流強(qiáng)度可很大。渦流在導(dǎo)體中流動(dòng)時(shí)釋放大量焦耳熱，若磁場(chǎng)變化的頻率越高，則釋放的焦耳熱越多。因此，用交流線(xiàn)圈激發(fā)的交變磁場(chǎng)可制成感應(yīng)電爐，用以加熱、熔化和冶煉金屬，優(yōu)點(diǎn)是無(wú)接觸，可在真空容器內(nèi)加熱，不受污染，不會(huì)在高溫下氧化，加熱效率高、速度快。變壓器、電動(dòng)機(jī)等交流設(shè)備的鐵芯中因交流電引起的渦流不僅導(dǎo)致能量損失，還導(dǎo)致溫升，故鐵芯常用相互絕緣的硅鋼薄片或細(xì)條疊合而成，以減小渦流損耗。但在需要產(chǎn)生高溫時(shí)，又可以利用渦流取得熱量，如高頻電爐原理。
原理
電磁感應(yīng)作用在導(dǎo)體內(nèi)部感生的電流。又稱(chēng)為傅科電流。導(dǎo)體在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，或者導(dǎo)體靜止但有著隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)，或者兩種情況同時(shí)出現(xiàn)，都可以造成磁力線(xiàn)與導(dǎo)體的相對(duì)切割。按照電磁感應(yīng)定律，在導(dǎo)體中就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而驅(qū)動(dòng)電流。這樣引起的電流在導(dǎo)體中的分布隨著導(dǎo)體的表面形狀和磁場(chǎng)的分布而不同，其路徑往往有如水中的漩渦，因此稱(chēng)為渦流。渦流在導(dǎo)體中要產(chǎn)生熱量。所消耗的能量來(lái)源于使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的機(jī)械功，或者建立時(shí)變電磁場(chǎng)的能源。因此在電工設(shè)備中，為了防止渦流的產(chǎn)生或者減少渦流造成的能量損失，將鐵心用互相絕緣的薄片或細(xì)絲疊成，并且采用電阻率較高的材料如硅鋼片或鐵粉壓結(jié)的鐵心。
導(dǎo)體在非均勻磁場(chǎng)中移動(dòng)或處在隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)中時(shí)，因渦流而導(dǎo)致能量損耗稱(chēng)為渦流損耗。渦流損耗的大小與磁場(chǎng)的變化方式、導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)、導(dǎo)體的幾何形狀、導(dǎo)體的磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率等因素有關(guān)。渦流損耗的計(jì)算需根據(jù)導(dǎo)體中的電磁場(chǎng)的方程式，結(jié)合具體問(wèn)題的上述諸因素進(jìn)行。
用來(lái)冶煉合金鋼的真空冶煉爐，爐外有線(xiàn)圈，線(xiàn)圈中通入反復(fù)變化的電流，爐內(nèi)的金屬中產(chǎn)生渦流。渦流產(chǎn)生的熱量使金屬熔化。利用渦流冶煉金屬的優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)能在真空中進(jìn)行，這樣就能防止空氣中的雜質(zhì)進(jìn)入金屬，可以冶煉高質(zhì)量的合金。
電動(dòng)機(jī)，變壓器的電感線(xiàn)圈都繞在鐵心上。線(xiàn)圈中流過(guò)變化的電流，在鐵心中產(chǎn)生的渦流使鐵心發(fā)熱，浪費(fèi)了能量，還可能損壞電器。因此，我們要想辦法減小渦流。途徑之一是增大鐵心材料的電阻率，常用的鐵心材料是硅鋼。如果我們仔細(xì)觀察發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、和變壓器，就可以看到，它們的鐵心都不是整塊金屬，而是用許多薄的硅鋼片疊合而成。為什么這樣呢？原來(lái)，把塊狀金屬置于隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)中或讓它在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬塊內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電流。這種電流在金屬塊內(nèi)自成閉合回路，很像水的漩渦，因此叫做渦電流簡(jiǎn)稱(chēng)渦流。整塊金屬的電阻很小，所以渦流常常很強(qiáng)。
大塊的導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)或處在變化的磁場(chǎng)中，都要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，形成渦流，引起較大的渦流損耗。為減少渦流損耗，交流電機(jī)、電器中廣泛采用表面涂有薄層絕緣漆或絕緣的氧化物的薄硅鋼片疊壓制成的鐵心，這樣渦流被限制在狹窄的薄片之內(nèi)，磁通量穿過(guò)薄片的狹窄截面時(shí)，這些回路中的凈電動(dòng)勢(shì)較小，回路的長(zhǎng)度較大，回路的電阻很大，渦流大為減弱。再由于這種薄片材料的電阻率大（硅鋼的渦流損失只有普通鋼的1/5至1/4），從而使渦流損失大大降低。
另一方面，利用渦流作用可以做成一些感應(yīng)加熱的設(shè)備，或用以減少運(yùn)動(dòng)部件振蕩的阻尼器件等。
如：我們常見(jiàn)的電磁爐。就是采用渦流高頻原理；其內(nèi)部通過(guò)電子線(xiàn)路板組成部分產(chǎn)生交變磁場(chǎng)、當(dāng)用含鐵質(zhì)鍋具底部放置爐面時(shí)，鍋具即切割交變磁力線(xiàn)而在鍋具底部金屬部分產(chǎn)生渦流，使鍋具內(nèi)電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生熱能，用來(lái)加熱和烹飪[rèn]食物，從而達(dá)到煮食的目的。
現(xiàn)象
在一根導(dǎo)體外面繞上線(xiàn)圈，并讓線(xiàn)圈通入交變電流，那么線(xiàn)圈就產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。由于電感線(xiàn)圈中間的導(dǎo)體在圓周方向是可以等效成一圈圈的閉合電路，閉合電路中的磁通量在不斷發(fā)生改變，所以在導(dǎo)體的圓周方向會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，電流的方向沿導(dǎo)體的圓周方向轉(zhuǎn)圈，就像一圈圈的漩渦，所以這種在整塊導(dǎo)體內(nèi)部發(fā)生電磁感應(yīng)而產(chǎn)生感應(yīng)電流的現(xiàn)象稱(chēng)為渦流現(xiàn)象。導(dǎo)體的外周長(zhǎng)越長(zhǎng)，交變磁場(chǎng)的頻率越高，渦流就越大。
導(dǎo)體內(nèi)部的渦流也會(huì)產(chǎn)生熱量，如果導(dǎo)體的電阻率小，則渦流很強(qiáng)，產(chǎn)生的熱量就很大。
流體力學(xué)
在流體力學(xué)和水力學(xué)中的渦流是指流體的旋轉(zhuǎn)角速度矢量至少有一個(gè)不為零，也稱(chēng)為有旋流，即流體質(zhì)點(diǎn)或流體微團(tuán)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中繞其自身軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)。一般產(chǎn)生一個(gè)渦流就會(huì)有另一個(gè)相應(yīng)的渦流，這是專(zhuān)業(yè)學(xué)界普遍認(rèn)可的飛機(jī)會(huì)飛的原因之一。
損耗
1、傅科電流
導(dǎo)體在非均勻磁場(chǎng)中移動(dòng)或處在隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)中時(shí)，因渦流而導(dǎo)致的能量損耗。渦流是上述情況下導(dǎo)體內(nèi)的感生的電流。這種電流在導(dǎo)體中形成一圈圈閉合的電流線(xiàn)，稱(chēng)為渦流（又稱(chēng)傅科電流）。
2、產(chǎn)生渦流
置于隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)中的導(dǎo)體內(nèi)，也會(huì)產(chǎn)生渦流，如變壓器的鐵心，其中有隨時(shí)間變化的磁通量，它在副邊產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，同時(shí)也在鐵心中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而產(chǎn)生渦流。這些渦流使鐵心發(fā)熱，消耗電能，這是不希望有的。但在高頻裝置中，利用渦流可對(duì)金屬工件進(jìn)行熱處理。
3、渦流抑制
大塊的導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)或處在變化的磁場(chǎng)中，都要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，形成渦流，引起較大的渦流損耗。為減少渦流損耗，常將鐵心用許多鐵磁導(dǎo)體薄片（例如硅鋼片）疊成，這些薄片被分開(kāi)呈梯形狀，表面涂有薄層絕緣漆或絕緣的氧化物。磁場(chǎng)穿過(guò)薄片的狹窄截面時(shí)，渦流被限制在沿各片中的一些狹小回路流過(guò)，這些回路中的凈電動(dòng)勢(shì)較小，回路的長(zhǎng)度較大，再由于這種薄片材料的電阻率大，這樣就可以顯著地減小渦流損耗。所以，交流電機(jī)、電器中廣泛采用疊片鐵心。
當(dāng)然，在生產(chǎn)和生活中，有時(shí)也要避免渦流效應(yīng)。如電機(jī)、變壓器的鐵芯在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生渦流，增加能耗，并導(dǎo)致變壓器發(fā)熱。要減少渦流，可采用的方法是把整塊鐵芯改成用薄片疊壓的鐵芯，增大回路電阻，削弱回路電流，減少發(fā)熱損失。
應(yīng)用
感應(yīng)加熱電磁渦流加熱汽車(chē)聯(lián)動(dòng)桿熱處理
渦流與感應(yīng)加熱的應(yīng)用：渦流效應(yīng)衍生出一系列工業(yè)產(chǎn)品，感應(yīng)加熱電源就是其中最重要的一個(gè)，感應(yīng)加熱就是利用渦流加熱金屬導(dǎo)體，使之非接觸式發(fā)熱。很多工業(yè)產(chǎn)品加熱是不能用明火加熱，這時(shí)候感應(yīng)渦流加熱就成功地解決了這個(gè)問(wèn)題，也使產(chǎn)品有了革命性的進(jìn)步，感應(yīng)加熱是將被加熱金屬置于高頻變化的電磁場(chǎng)中（實(shí)際應(yīng)用是在感應(yīng)電感線(xiàn)圈中），強(qiáng)大的電磁場(chǎng)在其表面形成感應(yīng)渦流，依靠材料本身的內(nèi)阻，使之迅速發(fā)熱，以改善工件的機(jī)械性能，感應(yīng)加熱特性是渦流熱應(yīng)用最典型的例子，金屬熱處理必不可少的加熱方式，也是以后工業(yè)加熱的趨勢(shì)，感應(yīng)渦流不僅用于金屬件熱處理，也用于海底管道鋪設(shè)，石油天然氣管道預(yù)熱焊接，焊后熱處理，紫銅焊，蒸發(fā)鍍膜，電機(jī)短路環(huán)焊接，這些應(yīng)用最基本的原理就是電磁感應(yīng)，電磁場(chǎng)產(chǎn)生渦流熱效應(yīng)的應(yīng)用。
渦流金屬探測(cè)器有一個(gè)流過(guò)一定頻率交變電流的探測(cè)電感線(xiàn)圈，該線(xiàn)圈產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)在金屬物中激起渦流，隱蔽金屬物的等效電阻、電感也會(huì)反射到探測(cè)線(xiàn)圈中，改變通過(guò)探測(cè)線(xiàn)圈電流的大小和相位，從而探知金屬物。渦流金屬探測(cè)器可用于探測(cè)行李包中的槍支、埋于地表的地雷、金屬覆蓋膜厚度等。
參考資料 >
電渦流效應(yīng)及其應(yīng)用.萬(wàn)方數(shù)據(jù).2024-01-18
渦電流.中國(guó)大百科全書(shū).2024-01-18