Что такое вихревые токи и какие меры принимают для их уменьшения

  • Краткое определение
  • История открытия
  • Воздействие вихревых токов
  • Как уменьшить потери
  • Применение на практике

Краткое определение

Вихревые токи — это токи, которые протекают в проводниках под действием переменного магнитного поля. Необязательно, чтобы поле менялось, тело тоже может двигаться в магнитном поле, в нем все равно будет течь ток.

Невозможно найти реальный путь токов, чтобы учесть их, ток течет там, где он находит путь наименьшего сопротивления. Вихревые токи всегда проходят по замкнутому контуру. Основными условиями ее возникновения являются нахождение объекта в переменном магнитном поле или его смещение по отношению к полю.

История открытия

В 1824 году ученый Д.Ф. Араго провел эксперимент. На одной оси он поместил медный диск и поместил над ним магнитный указатель. Когда магнитная стрелка вращалась, диск начал двигаться. Именно тогда явление вихревых токов было обнаружено впервые. Диск начал вращаться, потому что ток создавал магнитное поле, действующее на стрелку. Тогда это называлось феноменом Араго.

Несколькими годами позже М. Фарадей, открывший закон электромагнитной индукции, объяснил это явление так: движущееся магнитное поле индуцирует ток в диске (как в замкнутом контуре) и влияет на поле стрелки.

Почему второе название токи Фуко? Потому что физик Фуко подробно изучил явление вихревых токов. В ходе своих исследований он сделал большое открытие. Он заключался в том, что тела под действием вихревых токов нагреваются. Мы разобрались с теорией, теперь расскажем, где используются токи Фуко и какие проблемы они вызывают.

Видео ниже дает более подробное определение этого явления:

Вред от вихревых токов

Если вы задумывались о проектировании сетевого трансформатора на 50 Гц, вы, возможно, заметили, что его сердечник собран из тонких листов, хотя может показаться, что сделать цельнолитую конструкцию проще.

Дело в том, что так борются с вихревыми токами. Фуко ввел нагрев тел, в которых они текут. Поскольку работа трансформатора основана на принципах взаимодействия переменных магнитных полей, вихревые токи неизбежны.

Любое нагревание тела высвобождает энергию в виде тепла. В этом случае возникают потери в сердечнике. Насколько это опасно? В электросистеме интенсивный нагрев приводит к разрушению изоляции обмотки и выходу прибора из строя. Вихревые токи зависят от магнитных свойств сердечника.

Как снизить потери

Потери энергии в магнитопроводе неблагоприятны, так как же с ними бороться? Чтобы снизить их стоимость, сердечник собирают из тонких пластин электротехнической стали — своего рода профилактическая мера, направленная на ограничение паразитных токов. Такие потери описываются формулой, которую можно использовать для их расчета:

Как известно: чем меньше сечение проводника, тем больше его сопротивление, а чем больше сопротивление, тем меньше сила тока. Доски утепляют друг от друга окалиной или слоем лака. Сердечники больших трансформаторов стянуты изолированной шпилькой. Таким образом снижаются потери в сердечнике, что является основным методом уменьшения токов Фуко.

Каковы последствия этого явления? Магнитное поле, создаваемое течением токов Фуко, ослабляет вызвавшее их поле. Это означает, что вихревые токи уменьшают силу электромагнитов. То же самое касается конструкции частей электродвигателя и генератора: ротора и статора.

Применение на практике

Теперь о полезных приложениях токов Фуко. Изобретение индукционных сталеплавильных печей внесло огромный вклад в развитие металлургии. Они устроены таким образом, что расплавленная масса металла помещается внутри катушки, по которой протекает высокочастотный ток. Его магнитное поле вызывает большие токи в металле, пока он полностью не расплавится.

Примечание автора! Развитие индукционных печей значительно повысило экологичность металлургического производства и изменило концепцию методов.таяние. Я работаю на металлургическом заводе, где десять лет назад был запущен новый технологичный цех с таким оборудованием, а через несколько лет после приобретения нового оборудования классический карьер ликвидировали. Это говорит об эффективности данного метода нагрева металла. Вихревые токи также используются для поверхностного упрочнения металлов.

Понятное применение на практике:

Помимо металлургии они используются при производстве электровакуумных устройств. Проблема в том, чтобы полностью удалить газы перед герметизацией колбы. В случае токов Фуко электроды лампы нагреваются до высокой температуры, что деактивирует газ.

В повседневной жизни можно встретить индукционные плиты, на которых готовится еда, благодаря применению этого явления. Как видите, у вихревых токов есть свои плюсы и минусы.

Токи Фуко полезны и вредны. В некоторых случаях их влияние вызывает неэлектрические проблемы. Например, трубопровод вблизи кабельных линий будет быстрее гнить без видимых внешних причин. При этом неплохо показали себя приборы индукционного нагрева, тем более что такой бытовой прибор можно собрать своими руками. Надеюсь, теперь вы знаете, что такое вихревые токи Фуко и как они используются в производстве и дома.

Материалы по теме: