Foucault-Wirbelströme: Ursachen und Anwendungen

Es gibt eine Reihe von Phänomenen in der Elektrizität, die Fachleute kennen müssen. Obwohl nicht alle Informationen in der täglichen Praxis nützlich sein können, helfen sie manchmal, die Ursache eines Problems zu verstehen. Wirbelströme dienten als Grund für die Bildung einiger technologischer Tricks bei der Herstellung elektrischer Maschinen und wurden sogar zur Grundlage für das Funktionsprinzip einiger Erfindungen. Sehen wir uns an, was Foucault-Wirbelströme sind und wie sie entstehen.

Kurze Definition

Wirbelströme sind Ströme, die in Leitern unter dem Einfluss eines magnetischen Wechselfeldes fließen. Das Feld muss sich nicht ändern, der Körper kann sich auch in einem Magnetfeld bewegen, trotzdem beginnt ein Strom darin zu fließen.

Es ist unmöglich, eine wirkliche Bahn für die Bewegung von Strömen zu finden, um sie zu berücksichtigen, der Strom fließt dort, wo er den Weg mit dem geringsten Widerstand findet. Wirbelströme fließen immer in einer geschlossenen Schleife. Die Hauptbedingungen für sein Auftreten sind die Anwesenheit eines Objekts in einem magnetischen Wechselfeld oder seine Bewegung relativ zum Feld.

Entdeckungsgeschichte

Im Jahr 1824 wurde der Wissenschaftler D.F. Arago führte ein Experiment durch. Auf einer Achse montierte er eine Kupferscheibe und platzierte darüber eine Magnetnadel. Als sich die Magnetnadel drehte, begann sich die Scheibe zu bewegen. So wurde erstmals das Phänomen der Wirbelströme beobachtet. Die Scheibe begann sich zu drehen, weil aufgrund des Stromflusses ein Magnetfeld auftrat, das mit dem Pfeil interagierte. Es wurde damals als Arago-Phänomen bezeichnet.

Ein paar Jahre später M. Faraday, der das Gesetz der elektromagnetischen Induktion entdeckte, erklärte dieses Phänomen so: Ein bewegtes Magnetfeld induziert einen Strom in der Scheibe (wie in einer geschlossenen Schleife) und wechselwirkt mit dem Feld des Pfeils.

Warum ist der zweite Name Foucault-Ströme? Denn der Physiker Foucault hat sich eingehend mit dem Phänomen der Wirbelströme beschäftigt. Bei seinen Recherchen machte er eine große Entdeckung. Es bestand darin, dass Körper unter dem Einfluss von Wirbelströmen erhitzt werden. Nachdem die Theorie geklärt ist, werden wir jetzt darüber sprechen, wo Foucault-Ströme angewendet werden und welche Probleme verursachen.

Das folgende Video bietet eine detailliertere Definition dieses Phänomens:

Wirbelstromschaden

Wenn Sie über das Design eines 50-Hz-Netztransformators nachgedacht haben, haben Sie wahrscheinlich bemerkt, dass es der Kern besteht aus dünnen Blechen, obwohl es den Anschein hat, dass es einfacher war, einen soliden Guss herzustellen Entwurf.

Tatsache ist, dass auf diese Weise mit Wirbelströmen umgegangen wird. Foucault begründete die Erwärmung von Körpern, in denen sie fließen. Da der Betrieb des Transformators auf den Prinzipien der Wechselwirkung magnetischer Wechselfelder beruht, sind Wirbelströme unvermeidlich.

Jede Erwärmung von Körpern ist die Freisetzung von Energie in Form von Wärme. In diesem Fall tritt ein Kernverlust auf. Warum ist es gefährlich? In einer Elektroinstallation führt starke Erwärmung zur Zerstörung der Isolation der Wicklungen und zum Ausfall der Maschine. Wirbelströme hängen von den magnetischen Eigenschaften des Kerns ab.

So reduzieren Sie Verluste

Energieverluste im Magnetkreis sind nicht sinnvoll, wie geht man dann damit um? Um ihre Größe zu reduzieren, wird der Kern aus dünnen Elektroblechplatten rekrutiert - dies ist eine Art vorbeugende Maßnahme, um parasitäre Ströme zu reduzieren. Solche Verluste werden durch die Formel beschrieben, nach der die Berechnung erfolgen kann:

Bekanntlich gilt: Je kleiner der Leiterquerschnitt ist, desto größer ist sein Widerstand, und je größer sein Widerstand, desto geringer der Strom. Die Platten sind mit Zunder oder einer Lackschicht gegeneinander isoliert. Die Kerne großer Transformatoren werden mit einem isolierten Stift zusammengezogen. Dies reduziert den Kernverlust, d.h. Dies sind die wichtigsten Möglichkeiten, Foucault-Ströme zu reduzieren.

Welche Folgen hat der Einfluss dieses Phänomens? Das Magnetfeld, das aus dem Fluss von Foucault-Strömen entsteht, schwächt das Feld, aufgrund dessen sie entstanden sind. Das heißt, Wirbelströme verringern die Stärke der Elektromagneten. Gleiches gilt für die Konstruktion von Elektromotor- und Generatorteilen: Rotor und Stator.

Anwendung in der Praxis

Nun zu den nützlichen Anwendungsgebieten von Foucault-Strömen. Mit der Erfindung der Induktionsöfen zur Stahlerzeugung hat die Metallurgie einen großen Beitrag geleistet. Sie sind so konstruiert, dass sich die Metallschmelze in einer Spule befindet, durch die ein hochfrequenter Strom fließt. Sein Magnetfeld induziert große Ströme im Metall, bis es vollständig schmilzt.

Anmerkung des Verfassers! Die Entwicklung von Induktionsöfen hat die Umweltfreundlichkeit der Metallerzeugung deutlich verbessert und das Konzept der Schmelzverfahren verändert. Ich arbeite in einem Hüttenwerk, wo vor zehn Jahren eine neue Hightech-Werkstatt mit ins Leben gerufen wurde solche Installationen, und einige Jahre nach der Entwicklung neuer Geräte ist der Klassiker offenes Herz. Dies zeigt die Produktivität dieser Methode zum Erhitzen von Metallen an. Wirbelströme werden auch zum Oberflächenhärten von Metall verwendet.

Visuelle Anwendung in der Praxis:

Neben der Metallurgie werden sie bei der Herstellung von elektrischen Vakuumgeräten eingesetzt. Das Problem ist die vollständige Evakuierung der Gase vor dem Verschließen des Kolbens. Mit Hilfe von Foucault-Strömen werden die Lampenelektroden auf hohe Temperaturen erhitzt und damit das Gas deaktiviert.

Im Alltag finden Sie dank der Anwendung dieses Phänomens Induktionsherde, auf denen Lebensmittel gekocht werden. Wie Sie sehen, haben Wirbelströme ihre Vor- und Nachteile.

Foucault-Ströme sind sowohl gut als auch schlecht. In einigen Fällen führt ihr Einfluss nicht zu elektrischen Problemen. Beispielsweise verrottet eine in der Nähe von Kabeltrassen verlegte Pipeline ohne ersichtlichen Grund von Dritten schneller. Gleichzeitig haben sich Induktionsheizgeräte als recht gut erwiesen, zumal ein solches Gerät für den Hausgebrauch selbst zusammengebaut werden kann. Wir hoffen, dass Sie nun wissen, was Foucaults Wirbelströme sind und welche Anwendung sie in der Produktion und im Alltag fanden.

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