Vírivé prúdy: história objavov, spôsoby zníženia škodlivých účinkov prúdových síl, aplikácia tohto javu

Vírivé prúdy alebo Foucaultove prúdy - indukčné objemové elektrické prúdy vznikajúce vo vodičoch v dôsledku časových zmien toku magnetického poľa, ktoré na ne pôsobí. Pretože odpor veľkých vodičov je malý, Foucaultov prúd môže byť dosť veľký. Pohyb prúdu vo vodiči sa podľa Lenzovho pravidla uskutočňuje po dráhe najväčšieho odporu voči silám, ktoré ho spôsobili.

História objavenia fenoménu

Prvýkrát tento fenomén objavil francúzsky vedec Arago v dvadsiatych rokoch XIX storočia. Na jednej osi nainštaloval medený disk a nad ním magnetickú ihlu. Potom začal otáčať šípkou, v dôsledku čoho sa začal otáčať aj disk.

Tento jav bol pomenovaný po vedcovi Aragovi. Keď Faraday o niekoľko rokov objavil zákon elektromagnetickej indukcie, dokázal tento jav vysvetliť. Magnetické pole otáčané šípkou vedie k objaveniu sa vírivého prúdu v disku, ktorý vykonáva jeho pohyb.

Podrobnejšiemu štúdiu tohto javu sa venoval fyzik Foucault, ktorý odhalil zahrievanie kovových telies v dôsledku pôsobenia magnetického poľa. Vírové prúdenie študoval a experimentoval aj ruský fyzik Lenz. Zistil, že nemajú žiadny vplyv na zmenu magnetického poľa, z ktorého vznikli.

Vírivé sily

Na zvýšenie účinnosti akéhokoľvek mechanizmu je potrebné minimalizovať sily vírivých tokov. Za týmto účelom zvýšte elektrický odpor magnetického drôtu. Spôsob zníženia účinkov vírivých prúdov závisí od typu elektrického zariadenia. Potlačenie Foucaultových prúdov vykonávaná nasledujúcimi spôsobmi:

1. Pri montáži transformátorov sa jadrá ťahajú z tenkých izolovaných dosiek. To vám umožní znížiť stupeň zahrievania z pôsobenia Foucaultovho prúdu.
2. Kovové dosky sú umiestnené tak, že smer vírivého prúdu je kolmý na ich hranice.
3. S príchodom feritov, ktoré majú vysokú odolnosť, bolo možné vyrábať pevné jadrá.

A tiež počas odlievania prvkov jadra sa pridáva kremík, ktorý zvyšuje elektrický odpor. Niekedy sa používajú pri montáži kusov kovového drôtu, ktoré sú predbežne podrobené tepelnému spracovaniu.

Okrem toho sa používajú špeciálne izolačné tesnenia. Takéto metódy počas montáže môžu výrazne znížiť silu Foucaultových prúdov, v dôsledku čoho sa zvyšuje účinnosť akejkoľvek jednotky.

Magnetické vodiče vo vysokofrekvenčných zariadeniach sú od seba starostlivo izolované a skrútené do zväzku. Každý zákrut je pokrytý špeciálnym izolačným prvkom. Na prenos elektrickej energie na veľké vzdialenosti sa používa viacžilový kábel s izolovanými drôtmi.

Použitie pri detekcii chýb

Testovanie vírivými prúdmi je jedným zo spôsobov, ako skontrolovať štruktúru rôznych materiálov. Je založená na analýze zmien vyskytujúcich sa pri interakcii vonkajšieho elektromagnetického poľa s vírivými prúdmi skúmaného objektu.

Ako zdroj elektromagnetického poľa sa používa indukčná cievka, na základe ktorej sa vyrábajú defektoskopy. Tieto zariadenia vyrábajú kontrola kvality elektricky vodivých materiálov:

• kovy a ich zliatiny;
• polovodiče;
• grafit atď.

Elektromagnetické pole Foucaultových prúdov v testovanom objekte pôsobí na cievku zariadenia, vyvoláva v nej elektromotorickú silu alebo mení elektrický odpor. Zmena napätia cievky určuje vlastnosti a kvalitu testovaného objektu.

Okrem defektoskopov, ktoré detekujú zlomy v povrchu materiálov, sa vyrábajú zariadenia na zisťovanie štruktúry a veľkosti predmetov. Na základe využitia vírivých prúdov sa vyrába prístroj na detekciu elektricky vodivých prvkov (detektor kovov).

Aplikácia Foucaultových prúdov

Odborníci sa domnievajú, že pri použití Foucaultových prúdov majú skôr škodlivé účinky ako pozitívne. Napriek tomu našli široké uplatnenie v rôznych oblastiach života. Platí to najmä v nasledujúcich oblastiach:

• hutnícky priemysel;
• doprava;
• výpočtová technika;
• elektrotechnika.

Na báze vírivých prúdov pre metalurgiu sa vyrábajú agregáty, ktoré umožňujú dopravu a kalenie roztavených kovov. Indukčné pece sú široko používané v rovnakom odvetví. Z hľadiska ich výkonu sú oveľa lepšie ako podobné zariadenia, ktorých práca je založená na iných typoch akcií.

Okrem toho procesy tavenia a kalenia kovov sú možné len pomocou tohto javu. V doprave sa pri pohybe rýchlovlakov na magnetických poduškách využívajú brzdové systémy, ktorých princíp je založený na Foucaultových prúdoch.

Vytvorenie modernej počítačovej technológie a transformátorov bolo možné len vďaka použitiu a zlepšeniu vírivých tokov v ich dizajnoch. A tiež sa používajú vo vákuových zariadeniach, kde vykonávajú úplné odčerpanie vzduchu a iných plynov.

Takéto zariadenia sú vysoko ekonomické a efektívne. V súčasnosti fyzici v mnohých krajinách pokračujú v štúdiu a experimentovaní s týmto javom. Vďaka tomu je možné každým rokom zlepšovať prístroje a zariadenia fungujúce na princípe vírivých prúdov.