Wirbelströme: die Geschichte der Entdeckung, Möglichkeiten, die schädlichen Auswirkungen von Strömungskräften zu reduzieren, die Anwendung dieses Phänomens

Wirbelströme oder Foucault-Ströme - volumetrische Induktionsströme, die in Leitern aufgrund der zeitlichen Änderung des auf sie einwirkenden Magnetfeldflusses gebildet werden. Da der Widerstand großer Leiter klein ist, kann der Foucault-Strom ziemlich groß sein. Die Strombewegung in einem Leiter erfolgt nach der Lenzschen Regel auf dem Weg des größten Widerstandes gegen die sie verursachenden Kräfte.

Die Geschichte der Entdeckung des Phänomens

Zum ersten Mal dieses Phänomen entdeckt von dem französischen Wissenschaftler Arago in den zwanziger Jahren des 19. Jahrhunderts. Auf einer Achse installierte er eine Kupferscheibe und darüber eine Magnetnadel. Dann begann er, den Pfeil zu drehen, wodurch sich auch die Scheibe zu drehen begann.

Dieses Phänomen wurde nach dem Wissenschaftler Arago benannt. Als Faraday einige Jahre später das Gesetz der elektromagnetischen Induktion entdeckte, konnte er dieses Phänomen erklären. Das durch den Pfeil gedrehte Magnetfeld führt zum Auftreten eines Wirbelstroms in der Scheibe, die ihre Bewegung ausführte.

Eine genauere Untersuchung dieses Phänomens wurde von dem Physiker Foucault durchgeführt, der die Erwärmung von Metallkörpern als Folge der Einwirkung eines Magnetfelds aufdeckte. Auch der russische Physiker Lenz studierte und experimentierte mit Wirbelströmungen. Er fand heraus, dass sie keinen Einfluss auf die Änderung des Magnetfelds hatten, aus dem sie sich bildeten.

Wirbelkräfte

Um die Effizienz jedes Mechanismus zu erhöhen, ist es notwendig, die Kräfte von Wirbelströmungen zu minimieren. Erhöhen Sie dazu den elektrischen Widerstand des Magnetdrahtes. Die Methode zur Verringerung der Auswirkungen von Wirbelströmen hängt von der Art des elektrischen Geräts ab. Unterdrückung von Foucault-Strömen auf folgende Weise durchgeführt:

1. Beim Zusammenbau von Transformatoren werden die Kerne aus dünnen isolierten Platten gezogen. Dadurch können Sie den Erwärmungsgrad durch die Wirkung des Foucault-Stroms reduzieren.
2. Die Metallplatten sind so positioniert, dass die Richtung des Wirbelstroms senkrecht zu ihren Grenzen verläuft.
3. Mit dem Aufkommen von Ferriten, die einen hohen Widerstand aufweisen, ist es möglich geworden, massive Kerne herzustellen.

Und auch beim Gießen der Kernelemente wird Silizium hinzugefügt, was den elektrischen Widerstand erhöht. Manchmal werden sie beim Zusammenbau von Metalldrahtstücken verwendet, die vorab einer Wärmebehandlung unterzogen werden.

Darüber hinaus werden spezielle Isolierdichtungen verwendet. Solche Methoden während der Montage können die Stärke der Foucault-Ströme erheblich reduzieren, wodurch die Effizienz jeder Einheit steigt.

Magnetdrähte in Hochfrequenzgeräten werden sorgfältig voneinander isoliert und zu einem Bündel verdrillt. Jede Windung ist mit einem speziellen Isolierelement abgedeckt. Für die Übertragung von elektrischer Energie über große Entfernungen wird ein mehradriges Kabel mit isolierten Adern verwendet.

Verwendung bei der Fehlererkennung

Die Wirbelstromprüfung ist eine der Möglichkeiten, die Struktur verschiedener Materialien zu überprüfen. Es basiert auf der Analyse der Veränderungen, die bei der Wechselwirkung des äußeren elektromagnetischen Feldes mit den Wirbelströmen des Untersuchungsobjekts auftreten.

Als Quelle des elektromagnetischen Feldes wird eine Induktionsspule verwendet, auf deren Basis Fehlerdetektoren hergestellt werden. Diese Geräte produzieren Qualitätskontrolle Prüfung von elektrisch leitfähigen Materialien:

• Metalle und deren Legierungen;
• Halbleiter;
• Graphit usw.

Das elektromagnetische Feld der Foucault-Ströme im Prüfling wirkt auf die Spule des Gerätes, induziert darin eine elektromotorische Kraft oder ändert den elektrischen Widerstand. Die Änderung der Spulenspannung bestimmt die Eigenschaften und Qualität des Prüflings.

Neben Fehlerdetektoren, die Brüche in der Oberfläche von Materialien erkennen, stellen sie Geräte zur Bestimmung der Struktur und Größe von Objekten her. Auf der Grundlage der Verwendung von Wirbelströmen wird eine Vorrichtung zum Detektieren elektrisch leitender Elemente (Metalldetektor) hergestellt.

Anwendung von Foucault-Strömen

Experten gehen davon aus, dass Foucault-Ströme mehr schädliche als positive Auswirkungen haben. Dennoch haben sie in verschiedenen Lebensbereichen breite Anwendung gefunden. Dies gilt insbesondere in den folgenden Bereichen:

• metallurgische Industrie;
• Transport;
• Computertechnologie;
• Elektrotechnik.

Auf Basis von Wirbelströmen für die Metallurgie werden Einheiten hergestellt, die den Transport und das Abschrecken von Metallschmelzen ermöglichen. Induktionsöfen sind in der gleichen Industrie weit verbreitet. In ihrer Leistung sind sie ähnlichen Geräten, deren Arbeit auf anderen Aktionsarten basiert, deutlich überlegen.

Darüber hinaus sind die Prozesse des Schmelzens und Abschreckens von Metallen sind nur mit diesem Phänomen möglich. Im Verkehr kommen beim Bewegen von Hochgeschwindigkeitszügen auf Magnetkissen Bremssysteme zum Einsatz, deren Prinzip auf Foucault-Strömen basiert.

Die Schaffung moderner Computertechnologie und Transformatoren wurde nur durch die Verwendung und Verbesserung von Wirbelströmungen in ihren Konstruktionen möglich. Und sie werden auch in Vakuumgeräten eingesetzt, wo sie ein vollständiges Abpumpen von Luft und anderen Gasen durchführen.

Solche Geräte sind sehr wirtschaftlich und effizient. Derzeit untersuchen und experimentieren Physiker in vielen Ländern mit diesem Phänomen. Dadurch ist es jedes Jahr möglich, Geräte und Geräte zu verbessern, die nach dem Wirbelstromprinzip arbeiten.