V elektrine existuje množstvo javov, ktoré musia odborníci poznať. Hoci nie všetky informácie môžu byť užitočné v každodennej praxi, niekedy pomôžu pochopiť príčinu problému. Vírivé prúdy slúžili ako dôvod na vytvorenie niektorých technologických trikov pri výrobe elektrických strojov a dokonca sa stali základom princípu fungovania niektorých vynálezov. Pozrime sa, čo sú Foucaultove vírivé prúdy a ako vznikajú.
Obsah:
- Stručná definícia
- História objavov
- Poškodenie vírivým prúdom
- Ako znížiť straty
- Aplikácia v praxi
Stručná definícia
Vírivé prúdy sú prúdy, ktoré prúdia vo vodičoch pod vplyvom striedavého magnetického poľa na ne. Pole sa meniť nemusí, teleso sa môže pohybovať aj v magnetickom poli, aj tak v ňom začne tiecť prúd.
Je nemožné nájsť skutočnú trajektóriu pohybu prúdov, ktorá by ich zohľadnila, prúd tečie tam, kde nájde cestu s najmenším odporom. Vírivé prúdy vždy prúdia v uzavretej slučke. Hlavnými podmienkami jeho výskytu je prítomnosť objektu v striedavom magnetickom poli alebo jeho pohyb vzhľadom na pole.
História objavov
V roku 1824 vedec D.F. Arago robil experiment. Na jednu os namontoval medený kotúč a nad neho umiestnil magnetickú ihlu. Keď sa magnetická ihla otočila, disk sa začal pohybovať. Prvýkrát bol takto pozorovaný fenomén vírivých prúdov. Disk sa začal otáčať kvôli tomu, že v dôsledku toku prúdov sa objavilo magnetické pole, ktoré interagovalo so šípkou. Vtedy bol pomenovaný ako fenomén Arago.
O pár rokov neskôr M. Faraday, ktorý objavil zákon elektromagnetickej indukcie, vysvetlil tento jav takto: pohybujúce sa magnetické pole indukuje v disku prúd (ako v uzavretej slučke) a ten interaguje s poľom šípky.
Prečo je druhý názov Foucaultove prúdy? Pretože fyzik Foucault podrobne skúmal fenomén vírivých prúdov. Počas svojho výskumu urobil veľký objav. Spočíval v tom, že telesá sa zahrievajú pod vplyvom vírivých prúdov. Po vyriešení teórie si teraz povieme, kde sa Foucaultove prúdy uplatňujú a ktoré spôsobujú problémy.
Nižšie uvedené video poskytuje podrobnejšiu definíciu tohto javu:
Poškodenie vírivým prúdom
Ak ste uvažovali o návrhu 50 Hz sieťového transformátora, pravdepodobne ste si všimli, že jeho jadro tvoria tenké plechy, aj keď sa môže zdať, že vyrobiť pevný odliatok bolo jednoduchšie dizajn.
Faktom je, že takto sa riešia vírivé prúdy. Foucault zaviedol ohrev telies, v ktorých prúdia. Pretože prevádzka transformátora je založená na princípoch interakcie striedavých magnetických polí, vírivé prúdy sú nevyhnutné.
Akékoľvek zahrievanie telies je uvoľňovanie energie vo forme tepla. V tomto prípade dôjde k strate jadra. Prečo je to nebezpečné? V elektrickej inštalácii vedie silné zahrievanie k zničeniu izolácie vinutia a poruche stroja. Vírivé prúdy závisia od magnetických vlastností jadra.
Ako znížiť straty
Straty energie v magnetickom obvode nie sú užitočné, ako sa s nimi potom vysporiadať? Aby sa zmenšila ich veľkosť, jadro sa získava z tenkých dosiek z elektroocele - to je druh preventívneho opatrenia na zníženie parazitných prúdov. Takéto straty sú opísané vzorcom, podľa ktorého je možné vykonať výpočet:
Ako viete: čím menší je prierez vodiča, tým väčší je jeho odpor a čím väčší je jeho odpor, tým nižší je prúd. Dosky sú od seba izolované vodným kameňom alebo vrstvou laku. Jadrá veľkých transformátorov sú ťahané k sebe izolovaným kolíkom. Tým sa zníži strata jadra, t.j. toto sú hlavné spôsoby zníženia Foucaultových prúdov.
Aké sú dôsledky vplyvu tohto javu? Magnetické pole vznikajúce tokom Foucaultových prúdov oslabuje pole, vďaka ktorému vznikli. To znamená, že vírivé prúdy znižujú silu elektromagnetov. To isté platí pre konštrukciu častí elektromotora a generátora: rotor a stator.
Aplikácia v praxi
Teraz o užitočných oblastiach použitia Foucaultových prúdov. Obrovský prínos pre metalurgiu priniesol vynález indukčných pecí na výrobu ocele. Sú navrhnuté tak, že roztavená hmota kovu je umiestnená vo vnútri cievky, cez ktorú preteká vysokofrekvenčný prúd. Jeho magnetické pole indukuje veľké prúdy vo vnútri kovu, kým sa úplne neroztopí.
Poznámka autora! Vývojom indukčných pecí sa výrazne zlepšila ekologickosť výroby kovov a zmenila sa koncepcia metód tavenia. Pracujem v hutníckom závode, kde bola pred desiatimi rokmi spustená nová high-tech dielňa takéto inštalácie a pár rokov po vývoji nového zariadenia klasické otvorené ohnisko. To naznačuje produktivitu tohto spôsobu ohrevu kovov. Vírivé prúdy sa používajú aj na povrchové kalenie kovov.
Vizuálna aplikácia v praxi:
Okrem metalurgie sa využívajú pri výrobe elektrických vákuových zariadení. Problémom je úplná evakuácia plynov pred utesnením banky. Pomocou Foucaultových prúdov sa elektródy lampy zahrievajú na vysoké teploty, čím sa deaktivuje plyn.
V každodennom živote nájdete indukčné variče, na ktorých sa jedlo varí, vďaka aplikácii tohto fenoménu. Ako vidíte, vírivé prúdy majú svoje výhody a nevýhody.
Foucaultove prúdy sú dobré aj zlé. V niektorých prípadoch ich vplyv nevedie k elektrickým problémom. Napríklad potrubie položené v blízkosti káblových vedení hnije rýchlejšie bez zjavného dôvodu tretej strany. Indukčné vykurovacie zariadenia sa zároveň ukázali ako celkom dobré, najmä preto, že takéto zariadenie na domáce použitie si môžete zostaviť sami. Dúfame, že teraz viete, čo sú Foucaultove vírivé prúdy, ako aj aké uplatnenie našli vo výrobe a v každodennom živote.
Súvisiace materiály:
- Ako vyrobiť indukčný kotol vlastnými rukami
- Závislosť odporu vodiča od teploty
- Vtipné pravidlo jednoduchými slovami
