זרמי מערבולת פוקו: סיבות ויישומים

ישנן מספר תופעות בחשמל שאנשי מקצוע צריכים להכיר. למרות שלא כל המידע יכול להיות שימושי בתרגול יומיומי, לפעמים זה יעזור להבין את הסיבה לבעיה. זרמי מערבולת שימשו כסיבה להיווצרות כמה טריקים טכנולוגיים בייצור מכונות חשמליות ואף הפכו לבסיס לעקרון הפעולה של כמה המצאות. בואו נראה מהם זרמי מערבולת פוקו וכיצד הם נוצרים.

הגדרה קצרה

זרמי מערבולת הם זרמים הזורמים במוליכים בהשפעת שדה מגנטי לסירוגין עליהם. השדה לא חייב להשתנות, הגוף יכול לנוע גם בשדה מגנטי, בכל זאת, יתחיל לזרום בו זרם.

אי אפשר למצוא מסלול אמיתי לתנועת הזרמים כדי לקחת אותם בחשבון, הזרם זורם היכן שהוא מוצא את הנתיב עם הכי פחות התנגדות. זרמי מערבולת זורמים תמיד בלולאה סגורה. התנאים העיקריים להתרחשותו הם נוכחות של עצם בשדה מגנטי מתחלף או תנועתו ביחס לשדה.

היסטוריית גילוי

בשנת 1824, המדען D.F. אראגו ערך ניסוי. הוא הרכיב דיסק נחושת על ציר אחד, והניח מעליה מחט מגנטית. כשהמחט המגנטית הסתובבה, הדיסק התחיל לנוע. כך נצפתה לראשונה תופעת זרמי המערבולת. הדיסק החל להסתובב בגלל העובדה שבגלל זרימת הזרמים, הופיע שדה מגנטי שקיים אינטראקציה עם החץ. זה נקרא אז בתור תופעת אראגו.

כעבור שנתיים מ. פאראדיי, שגילה את חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית, הסביר את התופעה הזו כך: שדה מגנטי נע גורם לזרם בדיסק (כמו בלולאה סגורה) והוא מקיים אינטראקציה עם שדה החץ.

מדוע השם השני פוקו זרמים? כי הפיזיקאי פוקו חקר את תופעת זרמי המערבולת בפירוט. במהלך המחקר שלו, הוא גילה תגלית גדולה. זה היה מורכב מהעובדה שגופות מחוממות תחת השפעת זרמי מערבולת. כשהתיאוריה מסודרת, כעת נדבר על היכן מיושמים זרמי פוקו ואילו גורמים לבעיות.

הסרטון שלהלן מספק הגדרה מפורטת יותר של תופעה זו:

נזק הנוכחי

אם שקלתם את העיצוב של שנאי רשת 50 הרץ, בטח שמתם לב שזה הליבה מורכבת מיריעות דקות, אם כי אולי נראה שהיה קל יותר ליצור יציקה מוצקה לְעַצֵב.

העובדה היא שככה מתמודדים עם זרמי מערבולת. פוקו הקים את חימום הגופים שבהם הם זורמים. מאז פעולת השנאי מבוססת על עקרונות האינטראקציה של שדות מגנטיים מתחלפים, זרמי מערבולת הם בלתי נמנעים.

כל חימום של גופים הוא שחרור אנרגיה בצורה של חום. במקרה זה, יתרחש אובדן הליבה. למה זה מסוכן? בהתקנה חשמלית, חימום חזק מוביל להרס בידוד הפיתולים ולכשל של המכונה. זרמי מערבולת תלויים בתכונות המגנטיות של הליבה.

איך לצמצם הפסדים

הפסדי אנרגיה במעגל המגנטי אינם שימושיים, אז איך להתמודד איתם? כדי להקטין את גודלם, הליבה מגויסת מלוחות דקים של פלדה חשמלית - זהו סוג של אמצעי מניעה להפחתת זרמים טפיליים. הפסדים כאלה מתוארים על ידי הנוסחה שלפיה ניתן לבצע את החישוב:

כידוע: ככל שהחתך של המוליך קטן יותר, ההתנגדות שלו גדולה יותר, וככל שההתנגדות שלו גדולה יותר, הזרם נמוך יותר. הצלחות מבודדות זו מזו באמצעות אבנית או שכבת לכה. הליבות של שנאים גדולים נמשכים יחד עם סיכה מבודדת. זה מקטין את אובדן הליבה, כלומר. אלו הדרכים העיקריות להפחתת זרמי פוקו.

מהן ההשלכות של השפעתה של תופעה זו? השדה המגנטי הנובע מזרימת זרמי פוקו מחליש את השדה שבגללו הם התעוררו. כלומר, זרמי מערבולת מפחיתים את חוזק האלקטרומגנטים. כך גם לגבי התכנון של חלקי מנוע חשמלי וגנרטור: רוטור וסטטור.

יישום בפועל

עכשיו על תחומי היישום השימושיים של זרמי פוקו. תרומה עצומה נרשמה למטלורגיה עם המצאת תנורי אינדוקציה לייצור פלדה. הם מתוכננים בצורה כזו שהמסה המותכת של המתכת ממוקמת בתוך סליל שדרכו זורם זרם בתדר גבוה. השדה המגנטי שלו משרה זרמים גדולים בתוך המתכת עד שהיא נמסה לחלוטין.

הערת המחבר! הפיתוח של תנורי אינדוקציה שיפר משמעותית את הידידותיות הסביבתית של ייצור מתכת ושינה את הרעיון של שיטות התכה. אני עובד במפעל מתכות, שבו הושקה סדנת הייטק חדשה לפני עשר שנים עם התקנות כאלה, וכמה שנים לאחר פיתוח ציוד חדש, הקלאסי אח פתוח. זה מצביע על הפרודוקטיביות של שיטה זו של חימום מתכות. זרמי מערבולת משמשים גם להתקשות פני השטח של מתכת.

יישום חזותי בפועל:

בנוסף למטלורגיה, הם משמשים בייצור מכשירי ואקום חשמליים. הבעיה היא פינוי מוחלט של גזים לפני איטום הבקבוק. בעזרת זרמי פוקו, אלקטרודות המנורה מחוממות לטמפרטורות גבוהות ובכך מנטרלות את הגז.

בחיי היומיום, ניתן למצוא כיריים אינדוקציה שעליהן מבשלים מזון, הודות ליישום התופעה. כפי שאתה יכול לראות, לזרמי מערבולת יש את היתרונות והחסרונות שלהם.

זרמי פוקו הם גם טובים וגם רעים. במקרים מסוימים, השפעתם אינה מובילה לבעיות חשמל. לדוגמה, צינור שהונח ליד קווי כבלים נרקב מהר יותר ללא סיבה נראית לעין של צד שלישי. יחד עם זאת, מכשירי חימום אינדוקציה הראו את עצמם טובים למדי, במיוחד מכיוון שניתן להרכיב מכשיר כזה לשימוש ביתי בעצמך. אנו מקווים שעכשיו אתה יודע מה הם זרמי המערבולת של פוקו, כמו גם איזה יישום הם מצאו בייצור ובחיי היומיום.

חומרים קשורים:

• איך להכין דוד אינדוקציה במו ידיך
• התלות של ההתנגדות של המוליך בטמפרטורה
• כלל הגימלט במילים פשוטות