Mik az örvényáramok és milyen intézkedéseket hoznak ezek csökkentésére?
Rövid meghatározás
Az örvényáramok olyan áramok, amelyek váltakozó mágneses erő hatására a vezetőkben áramlanak. A mezőnek nem feltétlenül meg kell változnia, a test mágneses mezőben is mozoghat, ugyanakkor egy áram áramolni kezd benne.
Lehetetlen megtalálni az áramok valódi pályáját, hogy ezeket figyelembe lehessen venni, az áram abban az irányban folyik, ahol a legkevesebb ellenállású utat találja. Az örvényáramok mindig zárt hurokban áramlanak. Ennek előfordulásának fő feltétele a tárgy jelenléte váltakozó mágneses mezőben vagy annak mozgása a mezőhöz képest.
Felfedezési történet
1824-ben D.F. Arago kísérletet végzett. Az egyik tengelyre rézkorongot helyezte, mögött mágneses tűt helyezte. Amint a mágneses tű elforog, a korong mozogni kezd. Tehát először figyeltük meg az örvényáramok jelenségét. A tárcsa forogni kezdett annak a ténynek köszönhetően, hogy az áramlás miatt mágneses mező jelent meg, amely kölcsönhatásba lép a nyíllal. Ezt hívták, míg Arago jelensége.
Pár év után az elektromágneses indukció törvényét felfedező M. Faraday ezt a jelenséget magyarázta: egy mozgó mágneses mező áramot indukál a lemezen (mint egy zárt hurokban), és kölcsönhatásba lép a nyílmezővel.
Miért folynak a Foucault második név? Mivel Foucault fizikus részletesen vizsgálta az örvényáramok jelenségét. Kutatása során nagy felfedezést tett. Ez abban állt, hogy az örvényáramok befolyása alatt álló test felmelegszik. Az elmélettel foglalkoztunk, most arról fogunk beszélni, hogy hol használják a Foucault-áramokat, és amelyek problémákat okoznak.
Az alábbi videó részletesebben meghatározza ezt a jelenséget:
Az örvényáramok káros hatása
Ha egy 50 Hz-es hálózati transzformátor tervezését tervezi, akkor valószínűleg észrevette, hogy a magja vékony lemezekből készül, bár úgy tűnhet, hogy könnyebb volt szilárd öntött szerkezet készítése.
A helyzet az, hogy ilyen módon küzdenek az örvényáramokkal. Foucault megalkotta a testek melegítését, amelyekben áramlanak. Mivel a transzformátor működése a változó mágneses mezők kölcsönhatásának elvén alapul, az örvényáramok elkerülhetetlenek.
A testek bármilyen melegítése az energia felszabadítása hő formájában. Ebben az esetben magveszteségek merülnek fel. Mennyire veszélyes? Elektromos telepítés esetén az erős hevítés a tekercsek szigetelésének megsemmisítéséhez és a gép meghibásodásához vezet. Az örvényáramok a mag mágneses tulajdonságaitól függenek.
Hogyan lehet csökkenteni a veszteségeket
Az energiavesztés a mágneses áramkörben nem hasznos, akkor hogyan kell kezelni őket? A méret csökkentése érdekében a magot vékony elektromos acéllemezekből toborozzák - ez egyfajta megelőző intézkedés a szórt áramok csökkentésére. Az ilyen veszteségeket a következő képlet írja le, amellyel kiszámítható:
Mint tudod: minél kisebb a vezető keresztmetszete, annál nagyobb az ellenállása és annál nagyobb az ellenállása, annál alacsonyabb az áram. A lemezeket skálával vagy lakkréteggel választják el egymástól. A nagy transzformátorok magokat egy szigetelt csap húzza össze. Ez csökkenti a magveszteséget, azaz ezek a Foucault-áramok csökkentésének fő módjai.
Milyen következményekkel jár a jelenség befolyása? A Foucault-áramok áramlása következtében fellépő mágneses mező gyengíti a felmerülő mezőt. Vagyis az örvényáramok csökkentik az elektromágnesek erősségét. Ugyanez vonatkozik az elektromos motorok és a generátor alkatrészeinek tervezésére: a forgórészre és az állórészre.
Praktikus alkalmazás
Most a Foucault-áramok hasznos alkalmazásairól. Az acélgyártó indukciós kemencék feltalálása óriási hozzájárulást nyújtott a kohászathoz. Úgy vannak elrendezve, hogy az olvadt fémtömeg tekercsbe kerüljön, amelyen keresztül nagyfrekvenciás áram folyik. Mágneses tere nagy áramokat indukál a fém belsejében, amíg teljesen meg nem olvad.
A szerző megjegyzése!Az indukciós kemencék fejlesztése jelentősen növelte a fémtermelés környezetbarát jellegét és megváltoztatta az olvasztási módszerek ötletét. Fémkohászati üzemben dolgozom, ahol tíz évvel ezelőtt új csúcstechnikai műhelyt indítottak ilyen létesítményekkel, és néhány évvel az új berendezések kifejlesztése után bezárták a klasszikus nyitott kandallót. Ez jelzi a fémek hevítésének ezen módszerét. Az örvényáramokat a fém felületének keményítésére is használják.
Vizuális alkalmazás a gyakorlatban:
A kohászaton kívül vákuumkészülékek gyártásában is használják őket. A probléma a gázok teljes eltávolítása a lombik lezárása előtt. Foucault-áramok alkalmazásával a lámpa elektródait magas hőmérsékletre hevítik, ezáltal kikapcsolják a gázt.
A mindennapi életben e jelenség alkalmazásának köszönhetően olyan konyhai indukciós tűzhelyeket találhat, amelyeken ételeket főznek. Mint láthatja, az örvényáramoknak vannak előnyei és hátrányai.
A Foucault-áramok egyaránt jók és károsak. Egyes esetekben befolyásuk nem jár elektromos problémákkal. Például egy kábelvezetékek közelében elhelyezett csővezeték gyorsabban bomlik, nyilvánvalóan harmadik fél okának nélkül. Ugyanakkor az indukciós fűtőberendezések meglehetősen jól mutatták magukat, főleg mivel a háztartási használatra szolgáló ilyen eszköz önmagában összeszerelhető. Reméljük, hogy most már tudja, mi a Foucault örvényáram, valamint hogy milyen alkalmazást találtak a gyártásban és a mindennapi életben.
Kapcsolódó anyagok:
Betöltés...
