Pyörrevirrat
Näiden vaikutuksen alaisena jne. c. metalliosan massassa pyörrevirrat (Foucault-virrat), jotka sulkeutuvat massaan muodostaen pyörrevirtaketjuja.
Pyörrevirrat (myös Foucault-virrat) ovat sähkövirtoja, jotka syntyvät sähkömagneettisen induktion seurauksena johtavassa väliaineessa (yleensä metallissa), kun sen läpi kulkeva magneettivuo muuttuu.
Pyörrevirrat synnyttävät omat magneettivuot, jotka kulkevat läpi Lenzin sääntö, vastustaa kelan magneettivuoa ja heikentää sitä. Ne aiheuttavat myös sydämen lämpöä, mikä on energian hukkaa.
Olkoon siinä metallimateriaalista valmistettu ydin. Asetamme tälle ytimelle kelan, jota pitkin kuljemme vaihtovirta… Kelan ympärillä on vaihtomagneettinen virta, joka ylittää sydämen.Tässä tapauksessa indusoitunut EMF indusoituu ytimeen, mikä puolestaan aiheuttaa ytimeen virtoja, joita kutsutaan pyörrevirroiksi. Nämä pyörrevirrat lämmittävät ydintä. Koska sydämen sähkövastus on pieni, ytimiin indusoituvat indusoidut virrat voivat olla melko suuria ja sydämen kuumeneminen voi olla huomattavaa.
Foucault-virtojen (pyörrevirtausten) syntyminen
Pyörrevirrat löysi ensimmäisenä ranskalainen tiedemies D.F. Arago (1786 — 1853) vuonna 1824 kuparilevyssä, joka sijaitsee akselilla pyörivän magneettineulan alla. Pyörrevirtojen takia kiekko alkoi pyöriä. Tämän ilmiön, nimeltään Arago-ilmiö, M. Faraday selitti muutamaa vuotta myöhemmin asemasta sähkömagneettisen induktion laki.
Ranskalainen fyysikko Foucault (1819 - 1868) tutki pyörrevirtoja yksityiskohtaisesti, ja ne on nimetty hänen mukaansa. Hän kutsui magneettikentässä pyörivien metallikappaleiden kuumenemisilmiötä pyörrevirroiksi.
V esimerkkinä kuvassa. peittämätön näyttää pyörrevirrat, jotka indusoituvat massiivisessa ytimessä, joka on sijoitettu vaihtovirtakelaan. Vaihtuva magneettikenttä indusoi virtoja, jotka ovat suljettuja polkuja pitkin, jotka ovat kohtisuorassa kentän suuntaan nähden.
Pyörrevirrat: a — massiivisessa ytimessä, b — lamelliytimessä
Tapoja vähentää Foucault-virtoja
Pyörrevirtojen sydämen lämmittämiseen kulutettu teho vähentää turhaan sähkömagneettisen tyyppisten teknisten laitteiden tehokkuutta.
Pyörrevirtojen tehon vähentämiseksi magneettipiirin sähkövastusta lisätään; tätä varten ytimet kerätään erillisistä ohuista (0,1-0,5 mm) levyistä, jotka on eristetty toisistaan erityisellä lakalla tai kivellä.
Kaikkien vaihtovirtakoneiden ja -laitteiden magneettisydämet ja tasavirtakoneiden ankkuriytimet kootaan lakatuista tai pinnallisista johtamattomista kalvo(fosfaatti)levyistä, jotka on eristetty toisistaan, meistetty sähköteräslevystä. Levyjen tason tulee olla yhdensuuntainen magneettivuon suunnan kanssa.
Tällaisella magneettipiirin ytimen poikkileikkauksen erottelulla pyörrevirrat heikkenevät merkittävästi, koska pyörrevirtasilmukat estävät magneettivuot vähenevät, ja siksi myös näiden virtojen indusoima emf vähenee. jne. pyörrevirtojen syntymisen kanssa.
Ydinmateriaaliin lisätään myös erityisiä lisäaineita, jotka myös lisäävät sitä. sähköinen vastus. Ferromagneetin sähkövastuksen lisäämiseksi sähköteräs valmistetaan piilisäaineella.
Muuntajan vuorattu magneettipiiri
Joidenkin kelojen (kelojen) ytimet vedetään kuuman rautalangan palasista, ja rautanauhat asetetaan yhdensuuntaisesti magneettivuon linjojen kanssa. Magneettivuon suuntaan kohtisuorassa olevissa tasoissa kulkevia pyörrevirtoja rajoitetaan eristävällä tiivisteellä. Magnetodisähköjä käytetään laitteiden ja korkealla taajuudella toimivien laitteiden magneettisydämissä. Pyörrevirtojen vähentämiseksi johtimissa viimeksi mainitut on tehty yksittäisten johtojen nipuksi, jotka on eristetty toisistaan.
Lysendraatti on punottujen kuparilankojen järjestelmä, jossa jokainen ydin on eristetty naapureistaan. Kasvojohdin on suunniteltu käytettäväksi suurtaajuisten virtojen kanssa estämään hajavirtoja ja Foucault-virtoja.
Foucault-virtojen soveltaminen
Joissain tapauksissa teknologiassa käytetään pyörrevirtoja, esimerkiksi pysäyttämään massiivisten osien pyöriminen. Työkappaleen elementteihin magneettikentän ylittäessä indusoituva sähkömotorinen voima aiheuttaa sen paksuudessa suljettuja virtoja, jotka vuorovaikutuksessa magneettikentän kanssa luovat merkittäviä vastamomentteja.
Tällaista magnetoinduktiivista jarrutusta käytetään laajalti myös sähkömittareiden liikkuvien osien liikkeen rauhoittamiseen, erityisesti vastamomentin luomiseen ja sähkömittareiden liikkuvan osan pysäyttämiseen.
Näissä laitteissa laskurin akselille asennettu kiekko pyörii kestomagneetin välissä. Tämän liikkeen aikana levymassaan indusoituneet pyörrevirrat, jotka ovat vuorovaikutuksessa saman magneetin vuon kanssa, luovat vastakkaisia ja jarrutusmomentteja.
Esimerkiksi sähkömittarilevyn magneettijarrulaitteessa on havaittu pyörrevirtoja. Kierto, levy leikkaa kestomagneettimagneettikenttäviivat… Levyn tasossa syntyy pyörrevirtoja, jotka puolestaan luovat omia magneettivuotaan putkien muodossa pyörrevirran ympärille. Vuorovaikutuksessa magneetin pääkentän kanssa nämä vuot hidastavat levyä.
Joissakin tapauksissa pyörrevirtojen avulla on mahdollista käyttää teknisiä toimintoja, joita ei voida toteuttaa ilman suurtaajuisia virtoja. Esimerkiksi tyhjiölaitteiden ja -laitteiden valmistuksessa ilma ja muut kaasut on poistettava huolellisesti sylinteristä. Sylinterin sisällä olevissa metalliliittimissä on kuitenkin jäännöskaasua, joka voidaan poistaa vasta, kun sylinteri on keitetty.
Ankkurin täydelliseen kaasunpoistoon sijoitetaan tyhjiölaite suurtaajuisen generaattorin kentälle, pyörrevirtojen vaikutuksesta ankkuri kuumennetaan satoihin asteisiin, kunnes jäljellä oleva kaasu neutraloituu.
Pyörrevirtojen käyttö metallien induktiokarkaisussa
Esimerkki vaihtokentän pyörrevirtojen hyödyllisestä sovelluksesta on sähköiset induktiouunit… Näissä upokkaan ympärillä olevan kelan luoma suurtaajuinen magneettikenttä indusoi pyörrevirtoja upokkaan metalliin. Pyörrevirtojen energia muuttuu lämmöksi, joka sulattaa metallin.