Postoje brojne pojave u elektricitetu koje stručnjaci moraju znati. Iako ne mogu sve informacije biti korisne u svakodnevnoj praksi, ponekad će pomoći razumjeti uzrok problema. Vrtložne struje poslužile su kao razlog za stvaranje nekih tehnoloških trikova u proizvodnji električnih strojeva, pa su čak postale i temelj za princip rada nekih izuma. Pogledajmo što su Foucaultove vrtložne struje i kako nastaju.
Sadržaj:
- Kratka definicija
- Povijest otkrića
- Šteta vrtložnim strujama
- Kako smanjiti gubitke
- Primjena u praksi
Kratka definicija
Vrtložne struje su struje koje teku u vodičima pod utjecajem izmjeničnog magnetskog polja na njih. Polje se ne mora mijenjati, tijelo se može kretati i u magnetskom polju, svejedno će u njemu početi teći struja.
Nemoguće je pronaći pravu putanju za kretanje struja da ih uzme u obzir, struja teče tamo gdje nađe put s najmanjim otporom. Vrtložne struje uvijek teku u zatvorenoj petlji. Glavni uvjeti za njegovu pojavu su prisutnost objekta u izmjeničnom magnetskom polju ili njegovo kretanje u odnosu na polje.
Povijest otkrića
Godine 1824. znanstvenik D.F. Arago je provodio eksperiment. Na jednu os je postavio bakreni disk, a iznad njega postavio magnetsku iglu. Kada se magnetska igla zarotirala, disk se počeo kretati. Tako je prvi put uočen fenomen vrtložnih struja. Disk se počeo okretati zbog činjenice da se, zbog protoka struja, pojavilo magnetsko polje koje je stupilo u interakciju sa strelicom. Tada je nazvan fenomenom Arago.
Par godina kasnije M. Faraday, koji je otkrio zakon elektromagnetske indukcije, objasnio je ovaj fenomen na ovaj način: pokretno magnetsko polje inducira struju u disku (kao u zatvorenoj petlji) i ono je u interakciji s poljem strijele.
Zašto je drugo ime Foucaultove struje? Budući da je fizičar Foucault detaljno proučavao fenomen vrtložnih struja. Tijekom svog istraživanja došao je do velikog otkrića. Sastojao se u činjenici da se tijela zagrijavaju pod utjecajem vrtložnih struja. Nakon što je teorija razrađena, sada ćemo govoriti o tome gdje se primjenjuju Foucaultove struje i koje uzrokuju probleme.
Videozapis u nastavku daje detaljniju definiciju ovog fenomena:
Šteta vrtložnim strujama
Ako ste razmišljali o dizajnu mrežnog transformatora od 50 Hz, vjerojatno ste primijetili da je jezgra je sastavljena od tankih limova, iako se može činiti da je bilo lakše napraviti čvrsti odljevak oblikovati.
Činjenica je da se na taj način rješavaju vrtložne struje. Foucault je ustanovio zagrijavanje tijela u kojima ona teku. Budući da se rad transformatora temelji na principima interakcije izmjeničnih magnetskih polja, vrtložne struje su neizbježne.
Svako zagrijavanje tijela je oslobađanje energije u obliku topline. U tom slučaju doći će do gubitka jezgre. Zašto je opasno? U električnoj instalaciji jako zagrijavanje dovodi do uništenja izolacije namota i kvara stroja. Vrtložne struje ovise o magnetskim svojstvima jezgre.
Kako smanjiti gubitke
Gubici energije u magnetskom krugu nisu korisni, kako se onda nositi s njima? Da bi se smanjila njihova veličina, jezgra se regrutira od tankih ploča električnog čelika - ovo je svojevrsna preventivna mjera za smanjenje parazitskih struja. Takvi gubici opisuju se formulom po kojoj se može izvršiti izračun:
Kao što znate: što je manji presjek vodiča, to je veći njegov otpor, a što je veći otpor, to je niža struja. Ploče su izolirane jedna od druge skalom ili slojem laka. Jezgre velikih transformatora se povlače zajedno s izoliranom iglom. Time se smanjuje gubitak jezgre, t.j. to su glavni načini smanjenja Foucaultovih struja.
Koje su posljedice utjecaja ove pojave? Magnetsko polje koje proizlazi iz strujanja Foucaultovih struja slabi polje zbog kojeg su nastale. To jest, vrtložne struje smanjuju snagu elektromagneta. Isto vrijedi i za projektiranje dijelova elektromotora i generatora: rotora i statora.
Primjena u praksi
Sada o korisnim područjima primjene Foucaultovih struja. Veliki doprinos metalurgiji dao je izumom indukcijskih peći za proizvodnju čelika. Konstruirani su na način da se rastaljena masa metala stavlja unutar zavojnice kroz koju teče struja visoke frekvencije. Njegovo magnetsko polje inducira velike struje unutar metala dok se potpuno ne otopi.
Napomena autora! Razvoj indukcijskih peći značajno je poboljšao ekološku prihvatljivost proizvodnje metala i promijenio koncept metoda taljenja. Radim u metalurškom pogonu, gdje je prije deset godina pokrenuta nova visokotehnološka radionica s takve instalacije, a nekoliko godina nakon razvoja nove opreme, klasična otvorenog ognjišta. To ukazuje na produktivnost ove metode zagrijavanja metala. Vrtložne struje se također koriste za površinsko kaljenje metala.
Vizualna primjena u praksi:
Osim u metalurgiji, koriste se u proizvodnji električnih vakuum uređaja. Problem je potpuna evakuacija plinova prije zatvaranja tikvice. Uz pomoć Foucaultovih struja, elektrode svjetiljke se zagrijavaju na visoke temperature, čime se gas deaktivira.
U svakodnevnom životu možete pronaći indukcijska kuhala na kojima se kuha hrana, zahvaljujući primjeni ovog fenomena. Kao što vidite, vrtložne struje imaju svoje prednosti i nedostatke.
Foucaultove struje su i dobre i loše. U nekim slučajevima njihov utjecaj ne dovodi do električnih problema. Na primjer, cjevovod položen u blizini kabelskih vodova brže trune bez vidljivog razloga treće strane. Istodobno, indukcijski uređaji za grijanje pokazali su se prilično dobrim, pogotovo jer se takav uređaj za kućnu upotrebu može sastaviti sami. Nadamo se da sada znate što su Foucaultove vrtložne struje, kao i kakvu su primjenu našle u proizvodnji i svakodnevnom životu.
Povezani materijali:
- Kako napraviti indukcijski kotao vlastitim rukama
- Ovisnost otpora vodiča o temperaturi
- Pravilo gimleta jednostavnim riječima
