Elektrībā ir vairākas parādības, kas jāzina profesionāļiem. Lai gan ne visa informācija var būt noderīga ikdienas praksē, dažkārt tā palīdzēs izprast problēmas cēloni. Virpuļstrāvas kalpoja par iemeslu dažu tehnoloģisku triku veidošanai elektrisko mašīnu ražošanā un pat kļuva par pamatu dažu izgudrojumu darbības principam. Apskatīsim, kas ir Fuko virpuļstrāvas un kā tās rodas.
Saturs:
- Īsa definīcija
- Atklājumu vēsture
- Virpuļstrāvas kaitējums
- Kā samazināt zaudējumus
- Pielietojums praksē
Īsa definīcija
Virpuļstrāvas ir strāvas, kas plūst vadītājos mainīga magnētiskā lauka ietekmē. Laukam nav jāmainās, ķermenis var pārvietoties arī magnētiskajā laukā, tajā pašā laikā tajā sāks plūst strāva.
Nav iespējams atrast reālu straumju kustības trajektoriju, lai tās ņemtu vērā, strāva plūst tur, kur tā atrod ceļu ar vismazāko pretestību. Virpuļstrāvas vienmēr plūst slēgtā kontūrā. Galvenie tā rašanās nosacījumi ir objekta klātbūtne mainīgā magnētiskajā laukā vai tā kustība attiecībā pret lauku.
Atklājumu vēsture
1824. gadā zinātnieks D.F. Arago veica eksperimentu. Viņš uz vienas ass uzstādīja vara disku un novietoja virs tā magnētisko adatu. Kad magnētiskā adata griezās, disks sāka kustēties. Šādi pirmo reizi tika novērota virpuļstrāvu parādība. Disks sāka griezties tāpēc, ka strāvu plūsmas dēļ parādījās magnētiskais lauks, kas mijiedarbojās ar bultiņu. Toreiz to nosauca par Arago fenomenu.
Pāris gadus vēlāk M. Faradejs, kurš atklāja elektromagnētiskās indukcijas likumu, šo parādību skaidroja šādi: kustīgs magnētiskais lauks inducē strāvu diskā (kā slēgtā cilpā), un tā mijiedarbojas ar bultiņas lauku.
Kāpēc otrais nosaukums ir Fuko straumes? Jo fiziķis Fuko sīki pētīja virpuļstrāvu fenomenu. Pētījuma gaitā viņš izdarīja lielu atklājumu. Tas sastāvēja no tā, ka ķermeņi tiek uzkarsēti virpuļstrāvu ietekmē. Kad teorija ir sakārtota, tagad mēs runāsim par to, kur tiek pielietotas Fuko strāvas un kuras rada problēmas.
Tālāk esošajā videoklipā ir sniegta detalizētāka šīs parādības definīcija:
Virpuļstrāvas kaitējums
Ja apsverat 50 Hz tīkla transformatora dizainu, jūs droši vien pamanījāt, ka tas ir serdi veido plānās loksnes, lai gan var šķist, ka vienkāršāk bija uztaisīt cietu lējumu dizains.
Fakts ir tāds, ka šādi tiek risinātas virpuļstrāvas. Fuko noteica to ķermeņu sildīšanu, kuros tie plūst. Tā kā transformatora darbība balstās uz mainīgo magnētisko lauku mijiedarbības principiem, virpuļstrāvas ir neizbēgamas.
Jebkura ķermeņu sildīšana ir enerģijas izdalīšana siltuma veidā. Šajā gadījumā radīsies kodola zudums. Kāpēc tas ir bīstami? Elektroinstalācijā spēcīga apkure izraisa tinumu izolācijas iznīcināšanu un iekārtas atteici. Virpuļstrāvas ir atkarīgas no serdeņa magnētiskajām īpašībām.
Kā samazināt zaudējumus
Enerģijas zudumi magnētiskajā ķēdē nav lietderīgi, tad kā ar tiem tikt galā? Lai samazinātu to izmēru, serde tiek pieņemta no plānām elektrotērauda plāksnēm - tas ir sava veida preventīvs pasākums, lai samazinātu parazītu strāvu. Šādus zaudējumus apraksta ar formulu, pēc kuras var veikt aprēķinu:
Kā jūs zināt: jo mazāks ir vadītāja šķērsgriezums, jo lielāka ir tā pretestība, un jo lielāka ir tā pretestība, jo mazāka ir strāva. Plāksnes ir izolētas viena no otras ar skalu vai lakas slāni. Lielo transformatoru serdeņi tiek savilkti kopā ar izolētu tapu. Tas samazina serdes zudumu, t.i. šie ir galvenie veidi, kā samazināt Fuko straumes.
Kādas ir šīs parādības ietekmes sekas? Magnētiskais lauks, kas rodas no Fuko strāvu plūsmas, vājina lauku, kura dēļ tās radās. Tas nozīmē, ka virpuļstrāvas samazina elektromagnētu spēku. Tas pats attiecas uz elektromotora un ģeneratora daļu konstrukciju: rotoru un statoru.
Pielietojums praksē
Tagad par Fuko strāvu lietderīgajām pielietojuma jomām. Milzīgs ieguldījums metalurģijā tika dots, izgudrojot indukcijas tērauda ražošanas krāsnis. Tie ir konstruēti tā, ka izkausētā metāla masa tiek ievietota spolē, caur kuru plūst augstfrekvences strāva. Tā magnētiskais lauks inducē lielas strāvas metāla iekšpusē, līdz tas pilnībā izkūst.
Autora piezīme! Indukcijas krāšņu attīstība ir būtiski uzlabojusi metālu ražošanas videi draudzīgumu un mainījusi kausēšanas metožu koncepciju. Strādāju metalurģijas rūpnīcā, kur pirms desmit gadiem tika atvērts jauns augsto tehnoloģiju cehs ar šādas instalācijas, un dažus gadus pēc jaunu iekārtu izstrādes, klasika kamīns. Tas norāda uz šīs metālu sildīšanas metodes produktivitāti. Virpuļstrāvas tiek izmantotas arī metāla virsmas sacietēšanai.
Vizuāla pielietošana praksē:
Papildus metalurģijai tos izmanto elektrisko vakuuma ierīču ražošanā. Problēma ir pilnīga gāzu evakuācija pirms kolbas aizzīmogošanas. Ar Fuko strāvu palīdzību lampas elektrodi tiek uzkarsēti līdz augstām temperatūrām, tādējādi deaktivizējot gāzi.
Pateicoties šīs parādības pielietošanai, ikdienas dzīvē varat atrast indukcijas plītis, uz kurām tiek gatavots ēdiens. Kā redzat, virpuļstrāvām ir savi plusi un mīnusi.
Fuko straumes ir gan labas, gan sliktas. Dažos gadījumos to ietekme neizraisa elektriskās problēmas. Piemēram, cauruļvads, kas novietots pie kabeļu līnijām, ātrāk saplīst bez redzama trešās puses iemesla. Tajā pašā laikā indukcijas sildīšanas ierīces ir izrādījušās diezgan labas, jo īpaši tāpēc, ka šādu ierīci sadzīves vajadzībām var samontēt pats. Mēs ceram, ka tagad jūs zināt, kas ir Fuko virpuļstrāvas, kā arī kādu pielietojumu tās atrada ražošanā un ikdienas dzīvē.
Saistītie materiāli:
- Kā ar savām rokām izgatavot indukcijas katlu
- Vadītāja pretestības atkarība no temperatūras
- Ķermeņa noteikums vienkāršos vārdos
