V elektřině existuje řada jevů, které musí odborníci znát. I když ne všechny informace mohou být užitečné v každodenní praxi, někdy pomohou pochopit příčinu problému. Vířivé proudy sloužily jako důvod pro vznik některých technologických triků při výrobě elektrických strojů a staly se dokonce základem principu fungování některých vynálezů. Podívejme se, co jsou Foucaultovy vířivé proudy a jak vznikají.
Obsah:
- Stručná definice
- Historie objevů
- Poškození vířivými proudy
- Jak snížit ztráty
- Aplikace v praxi
Stručná definice
Vířivé proudy jsou proudy, které proudí ve vodičích pod vlivem střídavého magnetického pole na ně. Pole se měnit nemusí, těleso se může pohybovat i v magnetickém poli, stejně v něm začne protékat proud.
Je nemožné najít skutečnou trajektorii pohybu proudů, která by je zohlednila, proud teče tam, kde najde cestu s nejmenším odporem. Vířivé proudy vždy protékají v uzavřené smyčce. Hlavními podmínkami pro jeho výskyt je přítomnost objektu ve střídavém magnetickém poli nebo jeho pohyb vůči poli.
Historie objevů
V roce 1824 vědec D.F. Arago prováděl experiment. Na jednu osu namontoval měděný kotouč a nad něj umístil magnetickou jehlu. Když se magnetická střelka otočila, disk se začal pohybovat. Tak byl poprvé pozorován fenomén vířivých proudů. Disk se začal otáčet kvůli tomu, že se v důsledku toku proudů objevilo magnetické pole, které interagovalo se šipkou. Tehdy byl pojmenován jako fenomén Arago.
O pár let později M. Faraday, který objevil zákon elektromagnetické indukce, vysvětlil tento jev takto: pohybující se magnetické pole indukuje v disku proud (jako v uzavřené smyčce) a ten interaguje s polem šipky.
Proč je druhé jméno Foucaultovy proudy? Protože fyzik Foucault podrobně studoval fenomén vířivých proudů. V průběhu svého výzkumu učinil velký objev. Spočívala v tom, že se tělesa ohřívají vlivem vířivých proudů. Po vyřešení teorie si nyní povíme, kde se Foucaultovy proudy uplatňují a které způsobují problémy.
Níže uvedené video poskytuje podrobnější definici tohoto jevu:
Poškození vířivými proudy
Pokud jste uvažovali o návrhu síťového transformátoru 50 Hz, pravděpodobně jste si všimli, že jeho jádro je tvořeno tenkými plechy, i když se může zdát, že vyrobit pevný odlitek bylo jednodušší design.
Faktem je, že takto se řeší vířivé proudy. Foucault zavedl ohřev těles, ve kterých proudí. Protože provoz transformátoru je založen na principech interakce střídavých magnetických polí, jsou vířivé proudy nevyhnutelné.
Jakékoli zahřívání těles je uvolněním energie ve formě tepla. V tomto případě dojde ke ztrátě jádra. Proč je to nebezpečné? V elektrické instalaci vede silné zahřívání ke zničení izolace vinutí a selhání stroje. Vířivé proudy závisí na magnetických vlastnostech jádra.
Jak snížit ztráty
Energetické ztráty v magnetickém obvodu nejsou užitečné, jak se s nimi potom vypořádat? Aby se zmenšila jejich velikost, jádro se rekrutuje z tenkých plátů elektrooceli - to je druh preventivního opatření ke snížení parazitních proudů. Takové ztráty jsou popsány vzorcem, podle kterého lze provést výpočet:
Jak víte: čím menší je průřez vodiče, tím větší je jeho odpor a čím větší je jeho odpor, tím nižší je proud. Desky jsou od sebe izolovány okuje nebo vrstvou laku. Jádra velkých transformátorů jsou tažena k sobě izolovaným kolíkem. Tím se snižuje ztráta jádra, tzn. toto jsou hlavní způsoby, jak snížit Foucaultovy proudy.
Jaké jsou důsledky vlivu tohoto jevu? Magnetické pole vznikající tokem Foucaultových proudů zeslabuje pole, díky kterému vznikly. To znamená, že vířivé proudy snižují sílu elektromagnetů. Totéž platí pro konstrukci částí elektromotoru a generátoru: rotoru a statoru.
Aplikace v praxi
Nyní o užitečných oblastech použití Foucaultových proudů. Obrovský přínos pro metalurgii přinesl vynález indukčních pecí na výrobu oceli. Jsou navrženy tak, že roztavená hmota kovu je umístěna uvnitř cívky, kterou protéká vysokofrekvenční proud. Jeho magnetické pole indukuje velké proudy uvnitř kovu, dokud se úplně neroztaví.
Poznámka autora! Vývoj indukčních pecí výrazně zlepšil ekologickou nezávadnost kovovýroby a změnil koncepci tavicích metod. Pracuji v hutnickém závodě, kde byla před deseti lety spuštěna nová high-tech dílna takové instalace a pár let po vývoji nového zařízení klasické otevřené ohniště. To ukazuje na produktivitu tohoto způsobu ohřevu kovů. Vířivé proudy se také používají pro povrchové kalení kovů.
Vizuální aplikace v praxi:
Kromě metalurgie se používají při výrobě elektrických vakuových zařízení. Problémem je úplné odstranění plynů před utěsněním baňky. Pomocí Foucaultových proudů se elektrody lampy zahřejí na vysoké teploty, čímž se plyn deaktivuje.
V běžném životě se díky aplikaci tohoto fenoménu můžete setkat s indukčními sporáky, na kterých se vaří jídlo. Jak vidíte, vířivé proudy mají svá pro a proti.
Foucaultovy proudy jsou dobré i špatné. V některých případech jejich vliv nevede k elektrickým problémům. Například potrubí položené v blízkosti kabelových vedení hnije rychleji bez zjevného důvodu třetí strany. Současně se indukční topná zařízení ukázala jako docela dobrá, zejména proto, že takové zařízení pro domácí použití lze sestavit sami. Doufáme, že nyní víte, co jsou Foucaultovy vířivé proudy, a také jaké uplatnění našly ve výrobě a v každodenním životě.
Související materiály:
- Jak vyrobit indukční kotel vlastníma rukama
- Závislost odporu vodiče na teplotě
- Pravidlo gimletu jednoduchými slovy
