Vířivé proudy nebo Foucaultovy proudy - indukční objemové elektrické proudy vznikající ve vodičích v důsledku časových změn magnetického pole, které na ně působí. Protože odpor velkých vodičů je malý, může být Foucaultův proud poměrně velký. Pohyb proudu ve vodiči se podle Lenzova pravidla provádí po dráze největšího odporu vůči silám, které jej způsobily.
Obsah
- Historie objevu jevu
- Vírové síly
- Použití při detekci chyb
- Aplikace Foucaultových proudů
Historie objevu jevu
Poprvé tento fenomén objevil francouzský vědec Arago ve dvacátých letech 19. století. Na jednu osu nainstaloval měděný kotouč a nad ním magnetickou jehlu. Poté začal otáčet šipkou, v důsledku čehož se začal otáčet i disk.
Tento jev byl pojmenován po vědci Aragovi. Když Faraday o pár let později objevil zákon elektromagnetické indukce, dokázal tento jev vysvětlit. Magnetické pole rotované šipkou vede k tomu, že se v disku objeví vířivý proud, který provádí jeho pohyb.
Podrobnějšího studia tohoto jevu se ujal fyzik Foucault, který odhalil zahřívání kovových těles v důsledku působení magnetického pole. Ruský fyzik Lenz také studoval a experimentoval s vířivými proudy. Zjistil, že nemají žádný vliv na změnu magnetického pole, ze kterého vznikly.
Vírové síly
Pro zvýšení účinnosti jakéhokoli mechanismu je nutné minimalizovat síly vírových proudů. Chcete-li to provést, zvyšte elektrický odpor magnetického drátu. Způsob snížení účinku vířivých proudů závisí na typu elektrického zařízení. Potlačení Foucaultových proudů provádí následujícími způsoby:
-
Při montáži transformátorů se jádra tahají z tenkých izolovaných desek. To umožňuje snížit stupeň ohřevu působením Foucaultova proudu. - Kovové desky jsou umístěny tak, že směr vířivého proudu je kolmý na jejich hranice.
- S příchodem feritů, které mají vysokou odolnost, bylo možné vyrábět pevná jádra.
A také při odlévání prvků jádra se přidává křemík, který zvyšuje elektrický odpor. Někdy se používají při montáži kusů kovového drátu, které jsou předběžně podrobeny tepelnému zpracování.
Kromě toho se používají speciální izolační těsnění. Takové metody během montáže mohou výrazně snížit sílu Foucaultových proudů, v důsledku čehož se zvyšuje účinnost jakékoli jednotky.
Magnetické vodiče ve vysokofrekvenčních zařízeních jsou od sebe pečlivě izolovány a stočeny do svazku. Každý závit je pokryt speciálním izolačním prvkem. Pro přenos elektrické energie na velké vzdálenosti se používá vícežilový kabel s izolovanými dráty.
Použití při detekci chyb
Testování vířivými proudy je jedním ze způsobů, jak zkontrolovat strukturu různých materiálů. Je založena na analýze změn, ke kterým dochází při interakci vnějšího elektromagnetického pole s vířivými proudy studovaného objektu.
Jako zdroj elektromagnetického pole je použita indukční cívka, na jejímž základě se vyrábějí defektoskopy. Tato zařízení vyrábějí kontrola kvality elektricky vodivých materiálů:
-
kovy a jejich slitiny; - polovodiče;
- grafit atd.
Elektromagnetické pole Foucaultových proudů v testovaném objektu působí na cívku zařízení, indukuje v ní elektromotorickou sílu nebo mění elektrický odpor. Změna napětí cívky určuje vlastnosti a kvalitu testovaného předmětu.
Kromě defektoskopů, které detekují trhliny v povrchu materiálů, vyrábějí zařízení pro zjišťování struktury a velikosti předmětů. Na základě využití vířivých proudů se vyrábí zařízení pro detekci elektricky vodivých prvků (detektor kovů).
Aplikace Foucaultových proudů
Odborníci se domnívají, že při použití Foucaultových proudů mají více škodlivých účinků než pozitivních. Přesto našly široké uplatnění v různých oblastech života. To platí zejména v následujících oblastech:
-
hutní průmysl; - doprava;
- výpočetní technika;
- elektrotechnika.
Na bázi vířivých proudů pro metalurgii jsou vyráběny jednotky, které umožňují dopravu a kalení roztavených kovů. Indukční pece jsou široce používány ve stejném odvětví. Svým výkonem jsou mnohem lepší než podobná zařízení, jejichž práce je založena na jiných typech akcí.
Kromě toho procesy tavení a kalení kovů jsou možné pouze pomocí tohoto jevu. V dopravě se při pohybu rychlovlaků na magnetických polštářích používají brzdové systémy, jejichž princip je založen na Foucaultových proudech.
Vytvoření moderní počítačové technologie a transformátorů bylo možné pouze díky použití a zlepšení vířivých proudů v jejich konstrukcích. A také se používají ve vakuových zařízeních, kde provádějí úplné odčerpání vzduchu a dalších plynů.
Taková zařízení jsou vysoce hospodárná a účinná. V současnosti fyzici v mnoha zemích pokračují ve studiu a experimentech s tímto fenoménem. Díky tomu je možné každým rokem zdokonalovat přístroje a zařízení fungující na principu vířivých proudů.
