Вихрові струми Фуко: причини виникнення та застосування

В електриці є цілий ряд явищ, які потрібно знати фахівцям. Хоч і не вся інформація може стати в нагоді в повсякденній практиці, але іноді допоможе зрозуміти причину будь-якої проблеми. Вихрові струми послужили причиною становлення деяких технологічних хитрувань при виготовленні електричних машин і навіть стали основою для принципу роботи деяких винаходів. Давайте розберемося, що таке вихрові струми Фуко і як вони виникають.

коротке визначення

Вихрові струми – це струми, які протікають в провідниках під впливом на них змінного магнітного поля. Не обов’язково поле повинно змінюватися, може і тіло рухатися в магнітному полі, все одно в ньому почне текти струм.

Не можна знайти реальну траєкторію руху струмів для їх обліку, струм протікає там, де знаходить шлях з найменшим опором. Вихрові струми завжди протікають по замкнутому контуру. Основні умови для його виникнення – знаходження предмета у змінному магнітному полі або його переміщення щодо поля.

Історія відкриття

У 1824 році вчений Д.Ф. Араго проводив експеримент. Він на одній осі змонтував мідний диск, над ним розташував магнітну стрілку. При обертанні магнітної стрілки диск починав рухатися. Так вперше спостерігали явище вихрових струмів. Диск починав обертатися через те, що з-за протікання струмів з’являлося магнітне поле, яке взаємодіяв зі стрілкою. Це назвали, тоді як явище Араго.

Через пару років М. Фарадей, який відкрив закон електромагнітної індукції, пояснював це явище таким чином: рухливе магнітне поле наводить в диску ток (як в замкнутому контурі) і він взаємодіє з полем стрілки.

Чому друга назва – це струми Фуко? Тому що фізик Фуко докладно дослідив явище вихрових струмів. В ході своїх досліджень він зробив велике відкриття. Воно полягало в тому, що тіла під впливом вихрових струмів нагріваються. З теорією розібралися, тепер ми розповімо про те, де застосовуються струми Фуко і які викликають проблеми.

На відео нижче надано більш докладне визначення даного явища:

Шкода від вихрових струмів

Якщо ви розглядали конструкцію мережевого трансформатора 50 Гц, напевно звернули увагу, що його сердечник набраний з тонких листів, хоча може здатися що простіше було зробити цілісну литу конструкцію.

Справа в тому, що так борються з вихровими струмами. Фуко встановив нагрів тіл, в яких вони протікають. Так як робота трансформатора і заснована на принципах взаємодії змінних магнітних полів, то вихрові струми неминучі.

Будь-нагрів тел – це виділення енергії у вигляді тепла. В такому випадку будуть виникати втрати в осерді. Чим це небезпечно? У електроустановки сильне нагрівання призводить до руйнування ізоляції обмоток і виходу з ладу машини. Вихрові струми залежать від магнітних властивостей осердя.

Як знизити втрати

Втрати енергії в муздрамтеатрі не приносять користі, тоді як з ними боротися? Щоб знизити їх величину сердечник набирають з тонких пластин електротехнічної сталі – це своєрідні заходи профілактики для зниження паразитних струмів. Такі втрати описує формула, по якій можна провести розрахунок:

Як відомо: чим менше перетин провідника, тим більше його опір, а чим більше його опір, тим менше струм. Пластини ізолюють один від одного окалиною або шаром лаку. Сердечники великих трансформаторів стягуються ізольованою шпилькою. Так знижують втрати сердечника, тобто це і є основні способи зменшення струмів Фуко.

Які наслідки від впливу цього явища? Магнітне поле, що виникає через протікання струмів Фуко послаблює поле, через якого вони виникли. Тобто вихрові струми зменшують силу електромагнітів. Те ж саме стосується і конструкції деталей електродвигунів і генератора: ротора і статора.

Застосування на практиці

Тепер про корисні сферах застосування струмів Фуко. Величезний внесок був внесений в металургію винаходом індукційних сталеплавильних печей. Вони влаштовані таким чином, що розплавляється масу металу поміщають всередині котушки, через яку протікає струм високої частоти. Його магнітне поле наводить великі струми усередині металу до його повного плавлення.

Примітка автора! Розвиток індукційних печей значно підвищило екологічність виробництва металу і змінило уявлення про методи плавки. Я працюю на металургійному комбінаті, де десять років тому запустили новий високотехнологічний цех з такими установками, а через кілька років після освоєння нового обладнання був закритий класичний мартен. Це говорить про продуктивність такого способу нагрівання металів. Також використовуються вихрові струми для поверхневого гарту металу.

Наочне застосування на практиці:

Крім металургії вони використовуються на виробництві електровакуумних приладів. Проблемою є повне видалення газів перед герметизацією колби. За допомогою струмів Фуко електроди лампи розігрівають до високих температур, таким способом деактивувавши газ.

У побуті ви можете зустріти кухонні індукційні плити, на яких готують їжу, завдяки саме застосування даного явища. Як бачите, вихрові струми мають свої плюси і мінуси.

Токи Фуко несуть і користь, і шкоду. У деяких випадках їх вплив тягне за собою не електричні проблеми. Наприклад, трубопровід, прокладений близько кабельних ліній, швидше гниє без видимих ​​сторонніх причин. У той же час пристрої індукційного нагріву досить показали себе з хорошого боку, тим більше такий прилад для побутового використання можна зібрати самому. Сподіваємося, тепер ви знаєте, що таке вихрові струми Фуко, а також яке застосування знайшлося їм на виробництві та в побуті.

Ссылка на основную публикацию