Foucault virvelstrømmer: årsaker og anvendelser

Det er en rekke fenomener innen elektrisitet som fagfolk må kjenne til. Selv om ikke all informasjon kan være nyttig i hverdagen, vil det noen ganger hjelpe å forstå årsaken til et problem. Virvelstrømmer fungerte som årsaken til dannelsen av noen teknologiske triks i produksjonen av elektriske maskiner og ble til og med grunnlaget for prinsippet om drift av noen oppfinnelser. La oss se hva Foucault-virvelstrømmer er og hvordan de oppstår.

Kort definisjon

Virvelstrømmer er strømmer som flyter i ledere under påvirkning av et vekslende magnetfelt på dem. Feltet trenger ikke å endre seg, kroppen kan også bevege seg i et magnetfelt, allikevel vil en strøm begynne å flyte i det.

Det er umulig å finne en reell bane for strømbevegelser for å ta hensyn til dem, strømmen flyter der den finner banen med minst motstand. Virvelstrømmer flyter alltid i en lukket sløyfe. Hovedbetingelsene for dens forekomst er tilstedeværelsen av et objekt i et vekslende magnetfelt eller dets bevegelse i forhold til feltet.

Oppdagelseshistorie

I 1824 ble vitenskapsmannen D.F. Arago gjennomførte et eksperiment. Han monterte en kobberskive på den ene aksen, og plasserte en magnetnål over den. Da den magnetiske nålen roterte, begynte skiven å bevege seg. Slik ble fenomenet virvelstrøm observert for første gang. Disken begynte å rotere på grunn av det faktum at det på grunn av strømningen dukket opp et magnetfelt som interagerte med pilen. Det ble da kalt Arago-fenomenet.

Et par år senere M. Faraday, som oppdaget loven om elektromagnetisk induksjon, forklarte dette fenomenet på denne måten: et bevegelig magnetfelt induserer en strøm i disken (som i en lukket sløyfe) og den samhandler med pilens felt.

Hvorfor er andrenavnet Foucault strømmer? Fordi fysikeren Foucault studerte fenomenet virvelstrømmer i detalj. I løpet av sin forskning gjorde han en stor oppdagelse. Det besto i det faktum at kropper varmes opp under påvirkning av virvelstrømmer. Med teorien sortert ut, skal vi nå snakke om hvor Foucault-strømmer brukes og hvilke som forårsaker problemer.

Videoen nedenfor gir en mer detaljert definisjon av dette fenomenet:

Virvelstrøm skade

Hvis du vurderte utformingen av en 50 Hz netttransformator, har du sannsynligvis lagt merke til at dens kjernen er trukket fra tynne ark, selv om det kan virke som det var lettere å lage en solid støp design.

Faktum er at det er slik virvelstrømmer håndteres. Foucault etablerte oppvarmingen av legemer der de flyter. Siden driften av transformatoren er basert på prinsippene for interaksjon av vekslende magnetiske felt, er virvelstrømmer uunngåelige.

Enhver oppvarming av kropper er frigjøring av energi i form av varme. I dette tilfellet vil kjernetap oppstå. Hvorfor er det farlig? I en elektrisk installasjon fører sterk oppvarming til ødeleggelse av isolasjonen av viklingene og feil på maskinen. Virvelstrømmer avhenger av de magnetiske egenskapene til kjernen.

Hvordan redusere tap

Energitap i den magnetiske kretsen er ikke nyttige, så hvordan håndtere dem? For å redusere størrelsen rekrutteres kjernen fra tynne plater av elektrisk stål - dette er et slags forebyggende tiltak for å redusere parasittiske strømmer. Slike tap er beskrevet av formelen som beregningen kan gjøres med:

Som du vet: jo mindre tverrsnitt av lederen, jo større motstand, og jo større motstand, jo lavere er strømmen. Platene er isolert fra hverandre med skala eller et lag lakk. Kjernene til store transformatorer trekkes sammen med en isolert pinne. Dette reduserer kjernetapet, dvs. dette er de viktigste måtene å redusere Foucault-strømmene på.

Hva er konsekvensene av påvirkningen av dette fenomenet? Magnetfeltet som oppstår fra strømmen av Foucault-strømmer svekker feltet som de oppsto på grunn av. Det vil si at virvelstrømmer reduserer styrken til elektromagnetene. Det samme gjelder utformingen av elektriske motor- og generatordeler: rotor og stator.

Anvendelse i praksis

Nå om de nyttige bruksområdene til Foucault-strømmer. Et stort bidrag ble gitt til metallurgi med oppfinnelsen av induksjonsstålfremstillingsovner. De er utformet på en slik måte at den smeltede metallmassen er plassert inne i en spole som en høyfrekvent strøm flyter gjennom. Dets magnetiske felt induserer store strømmer inne i metallet til det smelter helt.

Forfatterens notat! Utviklingen av induksjonsovner har betydelig forbedret miljøvennligheten til metallproduksjon og endret konseptet med smeltemetoder. Jeg jobber på et metallurgisk anlegg, hvor et nytt høyteknologisk verksted ble lansert for ti år siden med slike installasjoner, og noen år etter utviklingen av nytt utstyr, klassikeren åpen ildsted. Dette indikerer produktiviteten til denne metoden for oppvarming av metaller. Virvelstrømmer brukes også til overflateherding av metall.

Visuell applikasjon i praksis:

I tillegg til metallurgi, brukes de i produksjon av elektriske vakuumenheter. Problemet er fullstendig evakuering av gasser før forsegling av kolben. Ved hjelp av Foucault-strømmer varmes lampeelektrodene opp til høye temperaturer, og deaktiverer dermed gassen.

I hverdagen kan du finne induksjonskomfyrer som maten tilberedes på, takket være anvendelsen av dette fenomenet. Som du kan se, har virvelstrømmer sine fordeler og ulemper.

Foucault-strømmer er både gode og dårlige. I noen tilfeller fører deres innflytelse ikke til elektriske problemer. For eksempel råtner en rørledning som legges nær kabellinjer raskere uten noen åpenbar tredjeparts grunn. Samtidig har induksjonsvarmeenheter vist seg å være ganske gode, spesielt siden en slik enhet for husholdningsbruk kan monteres selv. Vi håper at du nå vet hva Foucaults virvelstrømmer er, samt hvilken anvendelse de fant i produksjonen og i hverdagen.

Relatert materiale:

• Hvordan lage en induksjonskjele med egne hender
• Avhengigheten av motstanden til lederen på temperaturen
• Gimlets regel med enkle ord