Elektrivaldkonnas on mitmeid nähtusi, mida spetsialistid peavad teadma. Kuigi kogu teave ei pruugi olla igapäevapraktikas kasulik, aitab see mõnikord mõista probleemi põhjust. Pöörisvoolud olid elektrimasinate valmistamisel mõnede tehnoloogiliste nippide kujunemise põhjuseks ja said isegi mõne leiutise tööpõhimõtte aluseks. Vaatame, mis on Foucault' pöörisvoolud ja kuidas need tekivad.
Sisu:
- Lühimääratlus
- Avastamise ajalugu
- Pöörisvoolu kahjustus
- Kuidas kaotusi vähendada
- Rakendamine praktikas
Lühimääratlus
Pöörisvoolud on voolud, mis voolavad juhtides neile vahelduva magnetvälja mõjul. Väli ei pea muutuma, keha võib liikuda ka magnetväljas, samas hakkab selles voolama vool.
Voolude liikumisele on võimatu leida reaalset trajektoori, et neid arvesse võtta, vool voolab seal, kus ta leiab tee väikseima takistusega. Pöörisvoolud liiguvad alati suletud ahelas. Selle esinemise peamised tingimused on objekti olemasolu vahelduvas magnetväljas või selle liikumine välja suhtes.
Avastamise ajalugu
1824. aastal uuris teadlane D.F. Arago viis läbi katse. Ta paigaldas ühele teljele vaskketta ja asetas selle kohale magnetnõela. Kui magnetnõel pöörles, hakkas ketas liikuma. Nii täheldati esimest korda pöörisvoolude fenomeni. Ketas hakkas pöörlema tänu sellele, et voolude voolu tõttu tekkis magnetväli, mis suhtles noolega. Siis nimetati seda Arago fenomeniks.
Paar aastat hiljem M. Faraday, kes avastas elektromagnetilise induktsiooni seaduse, selgitas seda nähtust nii: liikuv magnetväli indutseerib kettas voolu (nagu suletud ahelas) ja see interakteerub nooleväljaga.
Miks on teine nimi Foucault voolud? Sest füüsik Foucault uuris pöörisvoolude fenomeni üksikasjalikult. Oma uurimistöö käigus tegi ta suure avastuse. See seisnes selles, et kehasid kuumutatakse pöörisvoolude mõjul. Kui teooria on selgeks tehtud, räägime nüüd sellest, kus Foucault' voolusid rakendatakse ja millised probleeme põhjustavad.
Allolev video annab selle nähtuse üksikasjalikuma definitsiooni:
Pöörisvoolu kahjustus
Kui kaalusite 50 Hz võrgutrafo konstruktsiooni, märkasite ilmselt, et see südamik koosneb õhukestest lehtedest, kuigi võib tunduda, et kindlat valandit oli lihtsam teha disain.
Fakt on see, et nii käsitletakse pöörisvoolusid. Foucault kehtestas kehade kuumutamise, milles need voolavad. Kuna trafo töö põhineb vahelduvate magnetväljade vastasmõju põhimõtetel, on pöörisvoolud vältimatud.
Igasugune kehade kuumutamine on energia vabanemine soojuse kujul. Sel juhul tekib südamiku kadu. Miks see ohtlik on? Elektripaigaldises põhjustab tugev kuumutamine mähiste isolatsiooni hävimise ja masina rikke. Pöörisvoolud sõltuvad südamiku magnetilistest omadustest.
Kuidas kaotusi vähendada
Energiakadudest magnetahelas ei ole kasu, kuidas nendega siis toime tulla? Nende suuruse vähendamiseks värvatakse südamik õhukestest elektriterasest plaatidest - see on omamoodi ennetav meede parasiitvoolude vähendamiseks. Selliseid kadusid kirjeldatakse valemiga, mille abil saab arvutada:
Nagu teate: mida väiksem on juhi ristlõige, seda suurem on selle takistus ja mida suurem on takistus, seda väiksem on vool. Plaadid isoleeritakse üksteisest katlakivi või lakikihiga. Suurte trafode südamikud tõmmatakse kokku isoleeritud tihvtiga. See vähendab südamiku kadu, st. need on peamised viisid Foucault voolude vähendamiseks.
Millised on selle nähtuse mõju tagajärjed? Foucault voolude voolust tekkiv magnetväli nõrgendab välja, mille tõttu need tekkisid. See tähendab, et pöörisvoolud vähendavad elektromagnetite tugevust. Sama kehtib ka elektrimootori ja generaatori osade projekteerimise kohta: rootor ja staator.
Rakendamine praktikas
Nüüd Foucault voolude kasulikest rakendusvaldkondadest. Metallurgiasse andis tohutu panuse terase induktsioonahjude leiutamisega. Need on konstrueeritud nii, et sulametalli mass asetatakse mähise sisse, mille kaudu voolab kõrgsagedusvool. Selle magnetväli indutseerib metalli sees suuri voolusid, kuni see täielikult sulab.
Autori märkus! Induktsioonahjude arendamine on oluliselt parandanud metallitootmise keskkonnasõbralikkust ja muutnud sulatusmeetodite kontseptsiooni. Töötan metallurgiatehases, kus kümme aastat tagasi käivitati uus kõrgtehnoloogiline töökoda sellised paigaldused ja paar aastat pärast uute seadmete väljatöötamist klassikaline lahtine kolle. See näitab selle metallide kuumutamise meetodi tootlikkust. Pöörisvoolusid kasutatakse ka metalli pinnakarastamiseks.
Visuaalne rakendus praktikas:
Lisaks metallurgiale kasutatakse neid elektriliste vaakumseadmete tootmisel. Probleemiks on gaaside täielik evakueerimine enne kolvi sulgemist. Foucault voolude abil kuumutatakse lambi elektroodid kõrgele temperatuurile, deaktiveerides seeläbi gaasi.
Tänu selle nähtuse rakendamisele võite igapäevaelus leida induktsioonpliite, millel toitu küpsetatakse. Nagu näete, on pöörisvooludel oma plussid ja miinused.
Foucault hoovused on nii head kui ka halvad. Mõnel juhul ei põhjusta nende mõju elektriprobleeme. Näiteks kaabelliinide lähedusse paigaldatud torujuhe mädaneb kiiremini ilma nähtava kolmanda osapoole põhjuseta. Samas on induktsioonkütteseadmed end päris headena näidanud, seda enam, et sellise koduseks kasutamiseks mõeldud seadme saab ise kokku panna. Loodame, et nüüd teate, mis on Foucault' pöörisvoolud ning millist rakendust need tootmises ja igapäevaelus leidsid.
Seotud materjalid:
- Kuidas teha oma kätega induktsioonkatel
- Juhi takistuse sõltuvus temperatuurist
- Torni reegel lihtsate sõnadega
