Istnieje wiele zjawisk związanych z elektrycznością, które profesjonaliści muszą znać. Chociaż nie wszystkie informacje mogą być przydatne w codziennej praktyce, czasami pomogą zrozumieć przyczynę problemu. Prądy wirowe były przyczyną powstania pewnych sztuczek technologicznych w produkcji maszyn elektrycznych, a nawet stały się podstawą zasady działania niektórych wynalazków. Zobaczmy, czym są prądy wirowe Foucaulta i jak powstają.
Zadowolony:
- Krótka definicja
- Historia odkryć
- Szkody związane z prądami wirowymi
- Jak zmniejszyć straty
- Zastosowanie w praktyce
Krótka definicja
Prądy wirowe to prądy, które płyną w przewodnikach pod wpływem zmiennego pola magnetycznego. Pole nie musi się zmieniać, ciało może również poruszać się w polu magnetycznym, jednak zacznie w nim płynąć prąd.
Nie da się znaleźć rzeczywistej trajektorii dla ruchu prądów, aby je uwzględnić, prąd płynie tam, gdzie znajdzie drogę z najmniejszym oporem. Prądy wirowe zawsze płyną w zamkniętej pętli. Głównymi warunkami jego wystąpienia jest obecność obiektu w zmiennym polu magnetycznym lub jego ruch względem pola.
Historia odkryć
W 1824 r. naukowiec D.F. Arago przeprowadzał eksperyment. Zamontował miedziany dysk na jednej osi, a nad nim umieścił igłę magnetyczną. Kiedy igła magnetyczna się obróciła, dysk zaczął się poruszać. Tak po raz pierwszy zaobserwowano zjawisko prądów wirowych. Dysk zaczął się obracać, ponieważ w wyniku przepływu prądów pojawiło się pole magnetyczne, które oddziaływało ze strzałą. Nazwano go wówczas fenomenem Arago.
Kilka lat później M. Faraday, który odkrył prawo indukcji elektromagnetycznej, wyjaśnił to zjawisko w ten sposób: poruszające się pole magnetyczne indukuje prąd w dysku (jak w zamkniętej pętli) i oddziałuje z polem strzałki.
Dlaczego drugie imię to prądy Foucaulta? Ponieważ fizyk Foucault szczegółowo zbadał zjawisko prądów wirowych. W trakcie swoich badań dokonał wielkiego odkrycia. Polegał na tym, że ciała nagrzewane są pod wpływem prądów wirowych. Po uporządkowaniu teorii, teraz porozmawiamy o tym, gdzie prądy Foucaulta są stosowane i które powodują problemy.
Poniższy film przedstawia bardziej szczegółową definicję tego zjawiska:
Szkody związane z prądami wirowymi
Jeśli zastanawiałeś się nad projektem transformatora sieciowego 50 Hz, prawdopodobnie zauważyłeś, że jest rdzeń składa się z cienkich blach, choć może się wydawać, że łatwiej było wykonać solidny odlew projekt.
Faktem jest, że w ten sposób radzimy sobie z prądami wirowymi. Foucault ustalił ogrzewanie ciał, w których płyną. Ponieważ działanie transformatora opiera się na zasadach interakcji przemiennych pól magnetycznych, prądy wirowe są nieuniknione.
Każde ogrzewanie ciał to uwolnienie energii w postaci ciepła. W takim przypadku nastąpi utrata rdzenia. Dlaczego jest to niebezpieczne? W instalacji elektrycznej silne nagrzewanie prowadzi do zniszczenia izolacji uzwojeń i awarii maszyny. Prądy wirowe zależą od właściwości magnetycznych rdzenia.
Jak zmniejszyć straty
Straty energii w obwodzie magnetycznym nie są przydatne, więc jak sobie z nimi radzić? Aby zmniejszyć ich rozmiar, rdzeń jest rekrutowany z cienkich blach ze stali elektrotechnicznej - jest to rodzaj środka zapobiegawczego w celu zmniejszenia prądów pasożytniczych. Takie straty opisuje wzór, za pomocą którego można dokonać obliczeń:
Jak wiadomo: im mniejszy przekrój przewodu, tym większa jego rezystancja, a im większa jego rezystancja, tym niższy prąd. Płyty są izolowane od siebie zgorzeliną lub warstwą lakieru. Rdzenie dużych transformatorów są ściągane razem za pomocą izolowanego kołka. Zmniejsza to stratę rdzenia, tj. są to główne sposoby zmniejszenia prądów Foucaulta.
Jakie są konsekwencje wpływu tego zjawiska? Pole magnetyczne powstające z przepływu prądów Foucaulta osłabia pole, dzięki któremu powstały. Oznacza to, że prądy wirowe zmniejszają siłę elektromagnesów. To samo dotyczy konstrukcji części silnika elektrycznego i generatora: wirnika i stojana.
Zastosowanie w praktyce
Teraz o przydatnych obszarach zastosowania prądów Foucaulta. Ogromny wkład w metalurgię wniesiono wraz z wynalezieniem indukcyjnych pieców do wytwarzania stali. Są one zaprojektowane w taki sposób, że stopiona masa metalu jest umieszczona wewnątrz cewki, przez którą przepływa prąd o wysokiej częstotliwości. Jego pole magnetyczne indukuje duże prądy wewnątrz metalu, aż do całkowitego stopienia.
Notka autora! Rozwój pieców indukcyjnych znacznie poprawił przyjazność dla środowiska produkcji metali i zmienił koncepcję metod wytapiania. Pracuję w zakładzie metalurgicznym, w którym dziesięć lat temu uruchomiono nowy warsztat high-tech z takie instalacje, a kilka lat po opracowaniu nowego sprzętu, klasyczny otwarte palenisko. Wskazuje to na produktywność tej metody ogrzewania metali. Prądy wirowe są również wykorzystywane do powierzchniowego utwardzania metalu.
Aplikacja wizualna w praktyce:
Oprócz metalurgii wykorzystywane są do produkcji elektrycznych urządzeń próżniowych. Problemem jest całkowite odprowadzenie gazów przed zamknięciem kolby. Za pomocą prądów Foucaulta elektrody lamp są podgrzewane do wysokich temperatur, dezaktywując w ten sposób gaz.
W życiu codziennym można spotkać kuchenki indukcyjne, na których gotuje się jedzenie, dzięki zastosowaniu tego zjawiska. Jak widać, prądy wirowe mają swoje plusy i minusy.
Prądy Foucaulta są zarówno dobre, jak i złe. W niektórych przypadkach ich wpływ nie prowadzi do problemów elektrycznych. Na przykład rurociąg ułożony w pobliżu linii kablowych gnije szybciej bez wyraźnego powodu strony trzeciej. Jednocześnie indukcyjne urządzenia grzewcze okazały się całkiem dobre, zwłaszcza że takie urządzenie do użytku domowego można zmontować samodzielnie. Mamy nadzieję, że teraz wiesz, czym są prądy wirowe Foucaulta, a także jakie znalazły zastosowanie w produkcji i życiu codziennym.
Powiązane materiały:
- Jak zrobić kocioł indukcyjny własnymi rękami
- Zależność rezystancji przewodnika od temperatury
- Zasada świderka w prostych słowach
