将通过麦克斯韦等式从数学角度说明感应加热的电磁现象。
不同形式的麦克斯韦等式可以改写成:
(利用安培定律)[1]
(利用法拉第定律)[2]
(利用高斯定律)[3]
(利用高斯定律)[4]
和
可以按照以下等式并,利用电磁材料属性介电常数
和磁导率
与
和
关联:
[5]
[6]
麦克斯韦等式可以利用欧姆定律进一步简化:
[7]
将等式 [5] 和 [7] 代入等式 [1] 中,注意电流频率小于 10 MHz,感生电流 大于位移电流密度
,因此可忽略此项,则等式 [1] 可以改写成:
[8]
由于磁通量密度 满足等式 [3] 中的零散度,因此可将其表达为磁矢量势
,例如:
[9]
将等式 [9] 代入等式 [2] 中,即得出以下等式:
[10]
因此,
[11]
其中 是电标势。等式 [7] 现变为:
[12]
其中 是线圈中的源电流密度的振幅,由以下等式得出:
[13]
将等式 [6]、[9] 和 [12] 代入等式 [8] 中得出:
[14]
现在,将三重积矢量确定等式 [15]
[15]
应用于等式 [14] 得出:
[16]
现在注意,对于一个分向量势场
[17]
则等式 [16] 简化成
[18]
对于角频率 = 2
f 的正弦稳态,且单位 (rad/s),等式 [18] 变为:
[19]
时间谐波磁矢量势 解出后,磁场磁通量密度可以利用等式 [9] 得出。导体中的时间谐波感应涡流
由等式 [20] 给出:
[20]
可从该等式中得出导体中的焦耳热 :
[21]
焦耳热是体积热源(单位:W/m3),由导体中的涡流感应产生。
感应加热中发生的传热现象是导体内的热传导,通过用于所有模拟的瞬态热传导方程表示。
[22]