Az elektromosságban számos olyan jelenség létezik, amelyeket a szakembereknek ismerniük kell. Bár nem minden információ lehet hasznos a mindennapi gyakorlatban, néha segíthet megérteni a probléma okát. Az örvényáramok szolgáltak az elektromos gépek gyártásában néhány technológiai trükk kialakulásának okaként, sőt egyes találmányok működési elvének alapjául is szolgáltak. Nézzük meg, mik azok a Foucault-örvényáramok, és hogyan keletkeznek.
Tartalom:
- Rövid meghatározás
- A felfedezés története
- Örvényáram okozta kár
- Hogyan csökkenthető a veszteség
- Alkalmazás a gyakorlatban
Rövid meghatározás
Az örvényáramok olyan áramok, amelyek a vezetőkben a rájuk ható váltakozó mágneses tér hatására áramlanak. A mezőnek nem kell változnia, a test is mozoghat mágneses térben, mindazonáltal áram kezd el folyni benne.
Az áramok mozgásának valós pályát nem találni, hogy ezeket figyelembe vegyék, az áram ott folyik, ahol a legkisebb ellenállással találja meg az utat. Az örvényáramok mindig zárt körben áramlanak. Előfordulásának fő feltételei egy tárgy jelenléte váltakozó mágneses térben vagy mozgása a mezőhöz képest.
A felfedezés története
1824-ben a tudós D.F. Arago kísérletet végzett. Egy rézkorongot szerelt az egyik tengelyre, és egy mágneses tűt helyezett fölé. Amikor a mágnestű elfordult, a korong elkezdett mozogni. Így figyelték meg először az örvényáramok jelenségét. A lemez forogni kezdett annak a ténynek köszönhetően, hogy az áramok áramlása miatt mágneses mező jelent meg, amely kölcsönhatásba került a nyíllal. Akkoriban Arago-jelenségnek nevezték el.
Pár évvel később M. Faraday, aki felfedezte az elektromágneses indukció törvényét, így magyarázta ezt a jelenséget: a mozgó mágneses tér áramot indukál a korongban (mint egy zárt hurokban), és az kölcsönhatásba lép a nyíl mezőjével.
Miért Foucault áramlatok a második neve? Mivel a fizikus Foucault részletesen tanulmányozta az örvényáramok jelenségét. Kutatásai során nagy felfedezést tett. Abból állt, hogy a testeket örvényáramok hatására felmelegítik. Az elmélet tisztázásával most arról fogunk beszélni, hogy hol alkalmazzák a Foucault-áramokat, és melyek azok, amelyek problémákat okoznak.
Az alábbi videó részletesebben definiálja ezt a jelenséget:
Örvényáram okozta kár
Ha egy 50 Hz-es hálózati transzformátor tervezését fontolgatta, valószínűleg észrevette, hogy az a mag vékony lapokból áll, bár úgy tűnhet, hogy könnyebb volt tömör öntvényt készíteni tervezés.
A helyzet az, hogy így kezelik az örvényáramot. Foucault meghatározta azoknak a testeknek a melegítését, amelyekben ezek áramlanak. Mivel a transzformátor működése a váltakozó mágneses terek kölcsönhatásának elvén alapul, az örvényáramok elkerülhetetlenek.
A testek bármilyen melegítése energia felszabadulását jelenti hő formájában. Ebben az esetben magvesztés lép fel. Miért veszélyes? Villanyszerelésnél az erős melegítés a tekercsek szigetelésének tönkremeneteléhez és a gép meghibásodásához vezet. Az örvényáramok a mag mágneses tulajdonságaitól függenek.
Hogyan csökkenthető a veszteség
A mágneses áramkör energiaveszteségei nem hasznosak, akkor hogyan kell kezelni őket? Méretük csökkentése érdekében a magot vékony elektromos acéllemezekből veszik fel - ez egyfajta megelőző intézkedés a parazita áramok csökkentésére. Az ilyen veszteségeket a képlet írja le, amellyel a számítás elvégezhető:
Mint tudod: minél kisebb a vezető keresztmetszete, annál nagyobb az ellenállása, és minél nagyobb az ellenállása, annál kisebb az áramerősség. A lemezeket vízkővel vagy lakkréteggel szigetelik el egymástól. A nagy transzformátorok magjait szigetelt tűvel húzzák össze. Ez csökkenti a magveszteséget, pl. ezek a fő módok a Foucault-áramok csökkentésére.
Milyen következményekkel jár ez a jelenség? A Foucault-áramok áramlásából származó mágneses tér gyengíti azt a mezőt, amely miatt ezek keletkeztek. Vagyis az örvényáramok csökkentik az elektromágnesek erősségét. Ugyanez vonatkozik az elektromos motor és a generátor alkatrészeinek kialakítására: a forgórész és az állórész.
Alkalmazás a gyakorlatban
Most a Foucault-áramok hasznos alkalmazási területeiről. Az indukciós acélgyártó kemencék feltalálása hatalmas hozzájárulást jelentett a kohászathoz. Úgy vannak megtervezve, hogy az olvadt fémtömeg egy tekercsbe kerül, amelyen nagyfrekvenciás áram folyik. Mágneses tere nagy áramokat indukál a fém belsejében, amíg az teljesen megolvad.
A szerző megjegyzése! Az indukciós kemencék fejlesztése jelentősen javította a fémgyártás környezetbarát jellegét, és megváltoztatta az olvasztási módszerek koncepcióját. Egy kohászati üzemben dolgozom, ahol tíz éve egy új high-tech műhely indult ilyen telepítések, és néhány évvel az új berendezések kifejlesztése után a klasszikus nyitott kandalló. Ez jelzi ennek a fémmelegítési módszernek a termelékenységét. Az örvényáramot a fémek felületi keményítésére is használják.
Vizuális alkalmazás a gyakorlatban:
A kohászat mellett elektromos vákuumkészülékek gyártására is használják. A probléma a gázok teljes elszívása a lombik lezárása előtt. A Foucault-áramok segítségével a lámpa elektródáit magas hőmérsékletre hevítik fel, így deaktiválják a gázt.
A mindennapi életben e jelenség alkalmazásának köszönhetően találhatunk indukciós főzőlapokat, amelyeken az étel készül. Mint látható, az örvényáramoknak megvannak az előnyei és hátrányai.
A Foucault-áramok jók és rosszak is. Egyes esetekben hatásuk nem vezet elektromos problémákhoz. Például egy kábelvezetékek közelében lefektetett csővezeték gyorsabban rothad, harmadik féltől származó nyilvánvaló ok nélkül. Ugyanakkor az indukciós fűtőberendezések meglehetősen jónak bizonyultak, különösen azért, mert egy ilyen háztartási készüléket saját maga is összeszerelhet. Reméljük, most már tudja, mik a Foucault-féle örvényáramok, és milyen alkalmazásra találtak a gyártásban és a mindennapi életben.
Kapcsolódó anyagok:
- Hogyan készítsünk indukciós kazánt saját kezűleg
- A vezető ellenállásának a hőmérséklettől való függése
- A gimlet szabálya egyszerű szavakkal
