Foucault-wervelstromen: oorzaken en toepassingen

Er zijn een aantal verschijnselen in elektriciteit die professionals moeten kennen. Hoewel niet alle informatie bruikbaar kan zijn in de dagelijkse praktijk, helpt het soms om de oorzaak van een probleem te begrijpen. Wervelstromen dienden als de reden voor de vorming van enkele technologische trucs bij de vervaardiging van elektrische machines en werden zelfs de basis voor het werkingsprincipe van sommige uitvindingen. Laten we eens kijken wat Foucault-wervelstromen zijn en hoe ze ontstaan.

Korte definitie

Wervelstromen zijn stromen die in geleiders vloeien onder invloed van een wisselend magnetisch veld erop. Het veld hoeft niet te veranderen, het lichaam kan ook in een magnetisch veld bewegen, toch zal er een stroom in gaan vloeien.

Het is onmogelijk om een ​​echt traject voor de beweging van stromingen te vinden om daarmee rekening te houden, de stroming stroomt daar waar hij de weg vindt met de minste weerstand. Wervelstromen vloeien altijd in een gesloten lus. De belangrijkste voorwaarden voor het optreden ervan zijn de aanwezigheid van een object in een wisselend magnetisch veld of de beweging ervan ten opzichte van het veld.

ontdekkingsgeschiedenis

In 1824 schreef de wetenschapper D.F. Arago voerde een experiment uit. Hij monteerde een koperen schijf op één as en plaatste er een magnetische naald boven. Toen de magnetische naald ronddraaide, begon de schijf te bewegen. Zo werd voor het eerst het fenomeen wervelstromen waargenomen. De schijf begon te draaien vanwege het feit dat door de stroom van stromen een magnetisch veld verscheen dat in wisselwerking stond met de pijl. Het werd toen het Arago-fenomeen genoemd.

Een paar jaar later M. Faraday, die de wet van elektromagnetische inductie ontdekte, verklaarde dit fenomeen op deze manier: een bewegend magnetisch veld induceert een stroom in de schijf (zoals in een gesloten lus) en het interageert met het veld van de pijl.

Waarom is de tweede naam Foucault-stromen? Want de natuurkundige Foucault heeft het fenomeen wervelstromen tot in detail bestudeerd. Tijdens zijn onderzoek deed hij een geweldige ontdekking. Het bestond in het feit dat lichamen worden verwarmd onder invloed van wervelstromen. Nu de theorie is opgelost, zullen we het nu hebben over waar Foucault-stromen worden toegepast en welke problemen veroorzaken.

De onderstaande video geeft een meer gedetailleerde definitie van dit fenomeen:

Wervelstroom schade

Als u het ontwerp van een 50 Hz-nettransformator overweegt, is het u waarschijnlijk opgevallen dat de de kern is gemaakt van dunne platen, hoewel het misschien lijkt alsof het gemakkelijker was om een ​​solide gietvorm te maken ontwerp.

Feit is dat zo wordt omgegaan met wervelstromen. Foucault vestigde de verwarming van lichamen waarin ze stromen. Omdat de werking van de transformator gebaseerd is op de principes van interactie van wisselende magnetische velden, zijn wervelstromen onvermijdelijk.

Elke verwarming van lichamen is het vrijkomen van energie in de vorm van warmte. In dit geval zal kernverlies optreden. Waarom is het gevaarlijk? In een elektrische installatie leidt sterke verwarming tot de vernietiging van de isolatie van de wikkelingen en het falen van de machine. Wervelstromen zijn afhankelijk van de magnetische eigenschappen van de kern.

Hoe verliezen te verminderen?

Energieverliezen in het magnetische circuit zijn niet nuttig, hoe ermee om te gaan? Om hun omvang te verkleinen, wordt de kern gerekruteerd uit dunne platen van elektrisch staal - dit is een soort preventieve maatregel om parasitaire stromen te verminderen. Dergelijke verliezen worden beschreven door de formule waarmee de berekening kan worden gemaakt:

Zoals u weet: hoe kleiner de doorsnede van de geleider, hoe groter de weerstand, en hoe groter de weerstand, hoe lager de stroom. De platen zijn van elkaar geïsoleerd met kalk of een vernislaag. De kernen van grote transformatoren worden samengetrokken met een geïsoleerde pin. Dit vermindert het kernverlies, d.w.z. dit zijn de belangrijkste manieren om Foucault-stromen te verminderen.

Wat zijn de gevolgen van de invloed van dit fenomeen? Het magnetische veld dat voortkomt uit de stroom van Foucault-stromen verzwakt het veld waardoor ze zijn ontstaan. Dat wil zeggen, wervelstromen verminderen de sterkte van de elektromagneten. Hetzelfde geldt voor het ontwerp van elektromotor- en generatoronderdelen: rotor en stator.

Toepassing in de praktijk

Nu over de nuttige toepassingsgebieden van Foucault-stromen. Een enorme bijdrage werd geleverd aan de metallurgie met de uitvinding van inductieovens voor het maken van staal. Ze zijn zo ontworpen dat de gesmolten metaalmassa in een spoel wordt geplaatst waardoor een hoogfrequente stroom vloeit. Het magnetische veld induceert grote stromen in het metaal totdat het volledig smelt.

Opmerking van de auteur! De ontwikkeling van inductieovens heeft de milieuvriendelijkheid van de metaalproductie aanzienlijk verbeterd en het concept van smeltmethoden veranderd. Ik werk in een metallurgische fabriek, waar tien jaar geleden een nieuwe hightech-werkplaats werd gelanceerd met dergelijke installaties, en een paar jaar na de ontwikkeling van nieuwe apparatuur, de klassieke open haard. Dit geeft de productiviteit aan van deze methode om metalen te verwarmen. Wervelstromen worden ook gebruikt voor oppervlakteverharding van metaal.

Visuele toepassing in de praktijk:

Naast metallurgie worden ze gebruikt bij de productie van elektrische vacuümapparaten. Het probleem is de volledige evacuatie van gassen voordat de kolf wordt afgesloten. Met behulp van Foucault-stromen worden de lampelektroden tot hoge temperaturen verwarmd, waardoor het gas wordt gedeactiveerd.

In het dagelijks leven vind je inductiekookplaten waarop voedsel wordt gekookt, dankzij de toepassing van dit fenomeen. Zoals je kunt zien, hebben wervelstromen hun voor- en nadelen.

Foucaultstromen zijn zowel goed als slecht. In sommige gevallen leidt hun invloed niet tot elektrische problemen. Een pijpleiding die bijvoorbeeld in de buurt van kabellijnen is gelegd, rot sneller weg zonder duidelijke reden van derden. Tegelijkertijd hebben inductieverwarmingsapparaten bewezen behoorlijk goed te zijn, vooral omdat een dergelijk apparaat voor huishoudelijk gebruik door u zelf kan worden geassembleerd. We hopen dat je nu weet wat de wervelstromen van Foucault zijn, evenals welke toepassing ze vonden in de productie en in het dagelijks leven.

Gerelateerde materialen:

• Hoe maak je een inductiekookplaat met je eigen handen
• De afhankelijkheid van de weerstand van de geleider op temperatuur
• De regel van de gimlet in eenvoudige woorden