Co to są prądy wirowe i jakie środki są podejmowane w celu ich zmniejszenia
Krótka definicja
Prądy wirowe to prądy przepływające w przewodnikach pod wpływem przemiennego pola magnetycznego. Pole niekoniecznie musi się zmienić, ciało może poruszać się w polu magnetycznym, a jednak prąd zacznie w nim płynąć.
Niemożliwe jest znalezienie rzeczywistej trajektorii prądów, aby wziąć je pod uwagę, płynie prąd tam, gdzie znajduje ścieżkę o najmniejszym oporze. Prądy wirowe zawsze płyną w zamkniętej pętli. Głównymi warunkami jego występowania jest obecność obiektu w przemiennym polu magnetycznym lub jego ruch względem pola.
Historia odkrycia
W 1824 r. Naukowiec D.F. Arago przeprowadził eksperyment. Zamontował miedzianą tarczę na jednej osi, umieścił nad nią igłę magnetyczną. Gdy igła magnetyczna obraca się, dysk zaczyna się poruszać. Po raz pierwszy zaobserwowałem zjawisko prądów wirowych. Dysk zaczął się obracać z powodu faktu, że z powodu przepływu prądów pojawiło się pole magnetyczne, które oddziaływało ze strzałką. Nazywano go fenomenem Arago.
Po kilku latach M. Faraday, który odkrył prawo indukcji elektromagnetycznej, wyjaśnił to zjawisko w następujący sposób: poruszające się pole magnetyczne indukuje prąd na dysku (jak w zamkniętej pętli) i oddziałuje z polem strzałki.
Dlaczego drugie imię to prądy Foucaulta? Ponieważ fizyk Foucault szczegółowo zbadał zjawisko prądów wirowych. W trakcie swoich badań dokonał wielkiego odkrycia. Polegał na tym, że ciała pod wpływem prądów wirowych nagrzewają się. Zajęliśmy się teorią, teraz porozmawiamy o tym, gdzie są używane prądy Foucaulta i które powodują problemy.
Poniższy film przedstawia bardziej szczegółową definicję tego zjawiska:
Szkodliwość od prądów wirowych
Jeśli zastanawiasz się nad projektem transformatora sieciowego 50 Hz, prawdopodobnie zauważyłeś, że jego rdzeń jest wykonany z cienkich blach, choć może się wydawać, że łatwiej było stworzyć solidną odlewaną strukturę.
Faktem jest, że walczą w ten sposób z prądami wirowymi. Foucault ustalił ogrzewanie ciał, w których płyną. Ponieważ działanie transformatora opiera się na zasadach interakcji zmiennych pól magnetycznych, prądy wirowe są nieuniknione.
Każde ogrzewanie ciał jest uwalnianiem energii w postaci ciepła. W takim przypadku wystąpią straty podstawowe. Jak to jest niebezpieczne? W instalacji elektrycznej silne nagrzewanie prowadzi do zniszczenia izolacji uzwojeń i awarii maszyny. Prądy wirowe zależą od właściwości magnetycznych rdzenia.
Jak zmniejszyć straty
Utrata energii w obwodzie magnetycznym nie jest przydatna, więc jak sobie z tym poradzić? Aby zmniejszyć ich rozmiar, rdzeń jest rekrutowany z cienkich płyt ze stali elektrycznej - jest to rodzaj środka zapobiegawczego w celu zmniejszenia prądów błądzących. Straty takie opisano wzorem, za pomocą którego można obliczyć:
Jak wiadomo: im mniejszy przekrój przewodnika, tym większy jest jego opór, a im większy jest jego opór, tym niższy jest prąd. Płytki są izolowane od siebie za pomocą kamienia lub warstwy lakieru. Rdzenie dużych transformatorów są połączone ze sobą za pomocą izolowanego kołka. Zmniejsza to ubytek rdzenia, tj. są to główne sposoby zmniejszenia prądów Foucaulta.
Jakie są konsekwencje wpływu tego zjawiska? Pole magnetyczne powstające w wyniku przepływu prądów Foucaulta osłabia pole, z powodu którego powstały. Oznacza to, że prądy wirowe zmniejszają siłę elektromagnesów. To samo dotyczy projektowania części silników elektrycznych i generatora: wirnika i stojana.
Praktyczne zastosowanie
Teraz o przydatnych zastosowaniach prądów Foucaulta. Ogromny wkład w hutnictwo miał wynalazek wynalazczych pieców do produkcji stali indukcyjnej. Są one rozmieszczone w taki sposób, że stopiona masa metalu jest umieszczana wewnątrz cewki, przez którą przepływa prąd o wysokiej częstotliwości. Jego pole magnetyczne indukuje duże prądy wewnątrz metalu, aż do jego całkowitego stopienia.
Uwaga autora!Rozwój pieców indukcyjnych znacznie zwiększył przyjazność dla środowiska produkcji metalu i zmienił ideę metod wytopu. Pracuję w zakładzie metalurgicznym, gdzie dziesięć lat temu otworzyli nowy warsztat z takimi instalacjami, a kilka lat po opracowaniu nowego sprzętu klasyczny otwarty palenisko został zamknięty. Wskazuje to na wydajność tej metody podgrzewania metali. Prądy wirowe są również używane do utwardzania powierzchni metalu.
Aplikacja wizualna w praktyce:
Oprócz metalurgii są one wykorzystywane do produkcji urządzeń próżniowych. Problemem jest całkowite usunięcie gazów przed uszczelnieniem kolby. Za pomocą prądów Foucaulta elektrody lampy są podgrzewane do wysokich temperatur, tym samym dezaktywując gaz.
W życiu codziennym można znaleźć kuchenki indukcyjne, na których gotuje się jedzenie, dzięki zastosowaniu tego zjawiska. Jak widać, prądy wirowe mają swoje zalety i wady.
Prądy Foucaulta są zarówno korzystne, jak i szkodliwe. W niektórych przypadkach ich wpływ nie powoduje problemów elektrycznych. Na przykład rurociąg ułożony w pobliżu linii kablowych rozpada się szybciej bez widocznych przyczyn z zewnątrz. Jednocześnie indukcyjne urządzenia grzewcze pokazały się całkiem dobrze, zwłaszcza, że takie urządzenie do użytku domowego można samodzielnie zmontować. Mamy nadzieję, że teraz wiesz, czym są prądy wirowe Foucault, a także jakie zastosowania znalazły w produkcji i życiu codziennym.
Powiązane materiały:
Ładowanie ...
