причины возникновения и применение, как сделать самому, Ремонт и Строительство
В электричестве есть целый ряд явлений, которые нужно знать специалистам. Хоть и не вся информация может пригодиться в повседневной практике, но иногда поможет понять причину какой либо проблемы. Вихревые токи послужили причиной становления некоторых технологических ухищрений при изготовлении электрических машин и даже стали основой для принципа работы некоторых изобретений. Давайте разберемся, что такое вихревые токи Фуко и как они возникают.
Краткое определение
Вихревые токи — это токи, которые протекают в проводниках под воздействием на них переменного магнитного поля. Не обязательно поле должно изменяться, может и тело двигаться в магнитном поле, все равно в нем начнёт течь ток.
Нельзя найти реальную траекторию движения токов для их учёта, ток протекает там, где находит путь с наименьшим сопротивлением. Вихревые токи всегда протекают по замкнутому контуру. Основные условия для его возникновения — нахождение предмета в переменном магнитном поле или его перемещение относительно поля.
История открытия
В 1824 году учёный Д.Ф. Араго проводил эксперимент. Он на одной оси смонтировал медный диск, над ним расположил магнитную стрелку. При вращении магнитной стрелки диск начинал двигаться. Так впервые наблюдали явление вихревых токов. Диск начинал вращаться из-за того, что из-за протекания токов появлялось магнитное поле, которое взаимодействовало со стрелкой. Это назвали, тогда как явление Араго.
Спустя пару лет М. Фарадей, открывший закон электромагнитной индукции, объяснял это явление таким образом: подвижное магнитное поле наводит в диске ток (как в замкнутом контуре) и он взаимодействует с полем стрелки.
Почему второе название — это токи Фуко? Потому что физик Фуко подробно исследовал явление вихревых токов. В ходе своих исследований он сделал великое открытие. Оно заключалось в том, что тела под воздействием вихревых токов нагреваются. С теорией разобрались, теперь мы расскажем о том, где применяются токи Фуко и какие вызывают проблемы.
На видео ниже предоставлено более подробное определение данного явления:
Вред от вихревых токов
Если вы рассматривали конструкцию сетевого трансформатора 50 Гц, наверняка обратили внимание, что его сердечник набран из тонких листов, хотя может показаться что проще было сделать цельную литую конструкцию.
Дело в том, что так борются с вихревыми токами. Фуко установил нагрев тел, в которых они протекают. Так как работа трансформатора и основана на принципах взаимодействия переменных магнитных полей, то вихревые токи неизбежны.
Любой нагрев тел – это выделение энергии в виде тепла. В таком случае будут возникать потери в сердечнике. Чем это опасно? В электроустановке сильный нагрев приводит к разрушению изоляции обмоток и выходу из строя машины. Вихревые токи зависят от магнитных свойств сердечника.
Как снизить потери
Потери энергии в магнитопроводе не приносят пользы, тогда как с ними бороться? Чтобы снизить их величину сердечник набирают из тонких пластин электротехнической стали — это своеобразные меры профилактики для снижения паразитных токов. Такие потери описывает формула, по которой можно произвести расчет:
Как известно: чем меньше сечение проводника, тем больше его сопротивление, а чем больше его сопротивление, тем меньше ток. Пластины изолируют друг от друга окалиной или слоем лака. Сердечники крупных трансформаторов стягиваются изолированной шпилькой. Так снижают потери сердечника, т.е. это и есть основные способы уменьшения токов Фуко.
Какие последствия от влияния этого явления? Магнитное поле, возникающее из-за протекания токов Фуко ослабляет поле, из-за которого они возникли. То есть вихревые токи уменьшают силу электромагнитов. То же самое касается и конструкции деталей электродвигателей и генератора: ротора и статора.
Применение на практике
Теперь о полезных сферах применения токов Фуко. Огромный вклад был внесен в металлургию изобретением индукционных сталеплавильных печей. Они устроены таким образом, что расплавляемую массу металла помещают внутри катушки, через которую протекает ток высокой частоты. Его магнитное поле наводит большие токи внутри металла до его полного плавления.
Примечание автора! Развитие индукционных печей значительно повысило экологичность производства металла и изменило представление о методах плавки. Я работаю на металлургическом комбинате, где десять лет назад запустили новый высокотехнологичный цех с такими установками, а спустя несколько лет после освоения нового оборудования был закрыт классический мартен. Это говорит о продуктивности такого способа нагрева металлов. Также используются вихревые токи для поверхностной закалки металла.
Наглядное применение на практике:
Кроме металлургии они используются на производстве электровакуумных приборов. Проблемой является полное удаление газов перед герметизацией колбы. С помощью токов Фуко электроды лампы разогревают до высоких температур, таким способом деактивируя газ.
В быту вы можете встретить кухонные индукционные плиты, на которых готовят пищу, благодаря как раз применению данного явления. Как видите, вихревые токи имеют свои плюсы и минусы.
Токи Фуко несут и пользу, и вред. В некоторых случаях их влияние влечёт за собой не электрические проблемы. Например, трубопровод, проложенный около кабельных линий, быстрее сгнивает без видимых сторонних причин. В то же время устройства индукционного нагрева довольно показали себя с хорошей стороны, тем более такой прибор для бытового использования можно собрать самому. Надеемся, теперь вы знаете, что такое вихревые токи Фуко, а также какое применение нашлось им на производстве и в быту.
Токи Фуко — это… Что такое Токи Фуко?
токи Фуко — вихревые токи вихревое движение — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность Синонимы вихревые токивихревое движение EN eddy current … Справочник технического переводчика
ТОКИ ФУКО — см … Большая политехническая энциклопедия
ВИХРЕВЫЕ ТОКИ (токи Фуко) — электр. токи, индуктируемые (см. Индукция) в проводящих частях электр. машин и аппаратов (напр. в железе ротора и статора электр. машин, сердечниках трансформаторов и т. д.) и замыкающиеся внутри этих частей. В. т. вызывают нагрев тех стальных… … Технический железнодорожный словарь
Фуко Жан Бернар Леон
Фуко токи — то же, что вихревые токи. * * * ФУКО ТОКИ ФУКО ТОКИ, то же, что вихревые токи (см. ВИХРЕВЫЕ ТОКИ) … Энциклопедический словарь
ФУКО (Foucault) Жан Бернар Леон — (1819 68) французский физик, иностранный член корреспондент Петербургской АН (1860). Определил (1850) скорость света в воздухе и воде методом, названным его именем. Осуществил (1851) опыт с маятником (т. н. маятником Фуко), подтвердивший суточное … Большой Энциклопедический словарь
Фуко Жан Бернар Леон — Фуко (Foucault) Жан Бернар Леон (18.9.1819, Париж, ≈ 11.2.1868, там же), французский физик, член Парижской АН (1865). Получив медицинское образование, увлекся экспериментальной физикой. С 1845 был редактором научного отдела «Journal des Débats»,… … Большая советская энциклопедия
Фуко, Жан Бернар Леон — Жан Бернар Леон Фуко фр. Jean Bernard Léon Foucault … Википедия
Фуко, Жак Бернар Леон — Леон Фуко Жан Бернар Леон Фуко (фр. Jean Bernard Léon Foucault; 18 сентября 1819, Париж 11 февраля 1868, там же) французский физик и астроном, член Парижской АН (1865). Известен прежде всего как создатель маятника Фуко. История Фуко сперва… … Википедия
ФУКО ТОКИ — это… Что такое ФУКО ТОКИ?
— электрич. токи в сплошных проводящих телах, возникающие при изменении магн. поля во времени или при движении тел в неоднородном магн. поле. Названы по имени Ж. Б. Л. Фуко (J. В. L. Foucault), к-рый в 1855 обнаружил нагревание ферромагн. сердечников и др. ме-таллич. тел в перем. магн. поле и объяснил этот эффект возбуждением индукц. токов. На основании законов электромагнитной индукции он оценил приближённо структуру этих токов и предложил способ снижения потерь эл.-магн. энергии в магнитопроводах, заключающийся в изготовлении их в виде пакетов тонких пластин или проволок, изолированных друг от друга.
Распределения Ф. т. обладают нек-рыми универсальными свойствами, одним из них является «вытеснение» Ф. т. (и сопряжённых с ними полей) из толщи проводника и их локализация в приповерхностном слое (скин-слое), характерная толщина к-рого 5 связана с циклич. частотой гар-монич.
процесса w (для достаточно малых w) соотношением
где m и s-магн. проницаемость и проводимость среды, m0 — магн. постоянная, a-безразмерный коэф. порядка единицы, зависящий от формы поверхности проводника (для плоской границы a= 1) (подробнее см. Скин-эффект).«Вытеснение» Ф. т. приводит к уменьшению эфф. сечения магнито- и электропроводов, особенно в диапазоне высоких частот. Так, для медных проводников и частоты ~ 1 Гц толщина скин-слоя d=1см, а в УКВ-диапазоне (300- 30 МГц) d=3-10 мкм.
Примерами полезных приложений скин-эффекта и теплового воздействия Ф. т. являются поверхностная закалка стальных деталей токами высокой частоты, очистка полупроводниковых материалов методом зонной плавки, приготовление пищи в магнетронных печках и т. д.
Значит. число техн. устройств, машин и приборов основано на действии сил Ампера (см. Ампера закон )на Ф. т. Если вдоль поверхности металлич. тела в скин-слое возбуждена бегущая волна Ф. сила, увлекающая тело в направлении распространения волны. Величина силы зависит от скорости тела u— сначала сила нарастает с ростом u, достигает максимума, а затем уменьшается до нуля при стремлении uк фазовой скорости волны u ф. На действии этой силы основано устройство асинхронных электродвигателей (ротором к-рых является сплошной металлич. цилиндр, а обмотки статора создают «вращающееся» магн. поле), движители поездов на «магн. подушке», эл.-магн. пушки.
В перем. неоднородных синфазных магн. полях (напр., в поле витка с перем. током) на Ф. l меньше или порядка масштаба неоднородности магн. поля L, действует выталкивающая сила, что используется для эл.-магн. подвески тел. Когда l>>L, на Ф. L. На этом эффекте основано действие электродвигателей с однофазными силовыми обмотками статора (направление вращения задаётся спец. пусковыми обмотками).
При движении проводящих тел в неоднородном постоянном магн. поле на Ф.
Обычно термин Ф. Магнитная гидродинамика). Г. В. Пермитин.
Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.
Ответы@Mail.Ru: Что такое «Токи Фуко»
Токи Фуко (в честь Фуко, Жан Бернар Леон) — это вихревые замкнутые электрические токи в массивном проводнике, которые возникают при изменении пронизывающего его магнитного потока. Вихревые токи являются индукционными токами и образуются в проводящем теле либо вследствие изменения во времени магнитного поля, в котором находится тело, либо вследствие движения тела в магнитном поле, приводящего к изменению магнитного потока через тело или какую-либо его часть. Величина токов Фуко тем больше, чем быстрее меняется магнитный поток.
Токи Фуко Мало кому не довилось в детстве играть с постоянными магнитами. Современные мощные магниты позволяют прочувствовать более широки спектр «ручных» экспериментов (например, прищемленные пальцы…) . Для описанных ниже можно воспользоваться сильными постоянными магнитами извлеченные из старых/негодных HDD устройств памяти («винчестеров») компьютеров. Самым трудным вероятно сейчас является найти ровный толстый лист меди или алюминия. Но коль упомянутое есть в наличии, проведем следующий эксперимент: 1) Берем постоянный магнит (1) в руки и быстро водим (3) его вдоль поверхности листа меди/алюминия (2), ориентируя к последнему один из полюсов магнита, так как показано на Рис. 1. Рис. 1 Можно отчетливо ощутить возникающее сопротивление такому быстрому движению. Теперь пустим магнит в свободное скольжение по поверхности наклоненного толстого листа меди/алюминия. Можно заметить что скольжение магнита сильно тормозится, и даже возникает впечатление что магнит сильнее прижимается к листу проводника. Аналогичный эксперимент – постоянный магнит бросают в вертикальную трубу из меди или алюминия. Стандартное объяснение – движение магнита тормозят вихревые токи Фуко. Но умалчивается что суммарная масса электронов вовлеченных в вихревое движение во много раз меньше массы постоянного магнита. И потом, что мешает смещаться электронному вихрю вслед за скользящим магнитом? Логично предположить что «свободные» электроны, в электрическом проводнике, фактически не являются свободными. Существует некая сетка электропроводных мостиков меж атомами проводника, по которым движутся электроны. Эта-та сетка и привязывает множество вихрей токов Фуко к кристаллической решетке. Но, эксперимент с заменой сплошного листа проводника на опилки, показывает что торможение движения постоянного магнита становится незаметным. Т. е. электропроводные «мостики» меж атомами проводника это не локальное явление. «Мостики» проявляют себя в макро-масштабах. 2) Но продолжим эксперимент с тем что имеется у нас в руках — быстро водим (3) магнитом (1) вдоль поверхности листа меди/алюминия (2), ориентируя к последнему уже его оба полюса, так как показано на Рис. 2. Рис. 2 При этом ощущается тоже сопротивление быстрому движению что и в эксперименте 1). 3) Но вот если повернем магнит (1) и будем его быстро двигать (3), перпендикулярно прямой меж полюсами магнита (как показано на Рис. 3), то мы уже не обнаружим сопротивление его быстрому движению. Рис. 3 Куда же делись токи Фуко?.. . Никуда они не делись, просто их плоскость стала пересекать плоскость нашего листа меди/алюминия, что вызвало появление на поверхности листа электрического заряда как в банальном униполярном генераторе электрического тока. В нашем же случае электрическая цепь оказалась не замкнута, «вихревой» контур разомкнут… в макро-масштабах. Что опять наводит на мысль существования электропроводных «мостиков» меж атомами проводника в макро-масштабах. Интересно, как проявят себя эти «мостики» если их вывести за пределы металла? Мы можем обнаружить картинки «тракторного следа» подобные Рис. 2 в » Открытие магнитных монополей или DSS элементов? » ? А Тесла измышлял использовать «мостики» для создания гравитационных эффектов своей конструкции «летающей тарелки»? Проводники движутся в магнитном поле и в конструкции » Экспериментальное исследование динамической магнитной системы. «
Вихревые токи или токи Фуко́ (в честь Ж. Б. Л. Фуко) — вихревые индукционные токи, возникающие в проводниках при изменении пронизывающего их магнитного потока. <img src=»//otvet.imgsmail.ru/download/adfd912acac0b83cee47448ada3f61e7_i-34.jpg» >
Вихревые токи (токи Фуко): физический смысл, потери, применение
В электрических устройствах, приборах, машинах металлические детали способны иногда перемещаться, находясь в магнитном поле. При этом в них индуцируется ЭДС самоиндукции. В результате воздействия ЭДС в толще металлических деталей будут циркулировать вихревые токи или их еще называют токи Фуко (по фамилии первого исследователя).
В свою очередь, вихревые токи индуцируют собственные магнитные потоки, замыкающиеся в проводнике, которые в соответствии с правилом Ленца препятствуют изменению магнитного потока прибора или устройства, тем самым ослабляя его.
Рассмотрим процесс формирования вихревых токов в металлическом сердечнике, помещенном в магнитное поле катушки, по которой протекает переменный ток. Вокруг катушки формируется переменный магнитный поток, пересекающий сердечник.
В сердечнике также будет индуцироваться ЭДС, вызывающая в нем так называемые вихревые токи, которые нагревают сердечник. Поскольку сопротивление сердечника незначительно, то наводимые индукционные токи могут быть достаточно большими, что приведет к сильному нагреву сердечника.
Первые исследования в области изучения вихревых токов были проведены в 1824 г. французким физиком Д.Ф. Араго, который обнаружил их наличие в медном диске, находящемся на оси под обращающейся магнитной стрелкой.
Под воздействием вихревых токов диск оборачивался.
Первые подробные исследования вихревых токов были проведены французским исследователем Фуко, и впоследствии по его имени они и получили свое название. 
Методы уменьшения вихревых токов
Мощность, расходуемая на нагрев электротехнических устройств электромагнитного типа, значительно снижает их КПД. Поэтому с целью уменьшения величины вихревых токов повышают сопротивление магнитопровода.
Для этого сердечники выполняют не сплошными, а набирают из отдельных тонких пластин (толщиной 0,1- 0,5 мм), покрытым слоем изоляционного материала.
Также при изготовлении сердечника в сырье вводят специальные добавки, увеличивающие его сопротивление.
Практическое применение токов Фуко
В некоторых случаях вихревые токи используют в полезных целях. К примеру, создание устройства магнитного тормоза диска электросчетчика. Оборачиваясь, диск пересекает магнитные линии магнита, в толщине диска формируется вихревые токи, которые создают свои магнитные потоки, препятствующие вращению диска, и вызывающие его торможение.
Полезное действие вихревые токи оказывают при индукционной плавке металлов.
Для этого тигель с металлом размещают в магнитное поле, которое своим воздействием индуцирует вихревые токи, расплавляющие металл, при этом тигель остается холодным.
Токи Фуко (вихревые токи)
До сих пор мы рассматривали индукционные токи в линейных проводниках. Но индукционные токи будут возникать и в толще сплошных проводников при изменении в них потока вектора магнитной индукции . Они будут циркулировать в веществе проводника (напомним, что линии – замкнуты). Так как электрическое поле вихревое, то и токи называются вихревыми токами, или токами Фуко.
Если медную пластину отклонить от положения равновесия и отпустить так, чтобы она вошла со скоростью υ в пространство между полосами магнита, то пластина практически остановится в момент ее вхождения в магнитное поле (рис. 3.8).
Рис. 3.8 Рис. 3.9
Замедление движения связано с возбуждением в пластине вихревых токов, препятствующих изменению потока вектора магнитной индукции. Поскольку пластина обладает конечным сопротивлением, токи индукции постепенно затухают и пластина медленно двигается в магнитном поле. Если электромагнит отключить, то медная пластина будет совершать обычные колебания, характерные для маятника.
Сила и расположение вихревых токов очень чувствительны к форме пластины. Если заменить сплошную медную пластину «гребенкой» – медной пластиной с пропилами, то вихревые токи в каждой части пластины возбуждаются меньшими потоками. Индукционные токи уменьшаются, уменьшается и торможение (рис. 3.9). Маятник в виде гребенки колеблется в магнитном поле почти без сопротивления. Этим опытом объясняется, почему сердечники электромагнитов, трансформаторов делают не из сплошного куска железа, а набранными из тонких пластин, изолированных друг от друга. В результате уменьшаются токи Фуко и выделяемое ими тепло.
Если взять медный диск диаметром » 5 см и толщиной » 5 мм и уронить его между полюсами электромагнита, то при выключенном магните диск падает с обычным ускорением. При включении магнитного поля » 1 Тл падение диска резко замедляется и его движение напоминает падение тела в очень вязкой среде.
Тормозящее действие тока Фуко используется для создания магнитных успокоителей – демпферов. Если под качающейся в горизонтальной плоскости магнитной стрелкой расположить массивную медную пластину, то возбуждаемые в медной пластине токи Фуко будут тормозить колебание стрелки. Магнитные успокоители такого рода используются в сейсмографах, гальванометрах и других приборах.
Токи Фуко применяются в электрометаллургии для плавки металлов. Металл помещают в переменное магнитное поле, создаваемое током частотой 500 – 2000 Гц. В результате индуктивного разогрева металл плавится, а тигль, в котором он находится, при этом остается холодным. Например, при подведенной мощности 600 кВт тонна металла плавится за 40–50 минут.
«токи фуко» нужен срочно интересный доклад
Вихревые токи[править] Материал из Википедии — свободной энциклопедииПерейти к: навигация, поиск
Вихревые токи, токи Фуко (в честь Фуко, Жан Бернар Леон) — вихревые индукционные токи, возникающие в массивных проводниках при изменении пронизывающего их магнитного потока.
Впервые вихревые токи были обнаружены французским учёным Д. Ф Араго (1786—1853) в 1824 г. в медном диске, расположенном на оси под вращающейся магнитной стрелкой. За счёт вихревых токов диск приходил во вращение. Это явление, названное явлением Араго, было объяснено несколько лет спустя M. Фарадеем с позиций открытого им закона электромагнитной индукции: вращаемое магнитное поле наводит в медном диске токи (вихревые) , которые взаимодействуют с магнитной стрелкой. Вихревые токи были подробно исследованы французским физиком Фуко (1819—1868) и названы его именем. Он открыл явление нагревания металлических тел, вращаемых в магнитном поле, вихревыми токами.
Токи Фуко возникают под воздействием переменного электромагнитного поля и по физической природе ничем не отличаются от индукционных токов, возникающих в линейных проводах. Они вихревые, то есть замкнуты в кольца. Электрическое сопротивление массивного проводника мало, поэтому токи Фуко достигают очень большой силы. В соответствии с правилом Ленца они выбирают внутри проводника такое направление и путь, чтобы противиться причине, вызывающей их. Поэтому движущиеся в сильном магнитном поле хорошие проводники испытывают сильное торможение, обусловленное взаимодействием токов Фуко с магнитным полем. Это свойство используется для демпфирования подвижных частей гальванометров, сейсмографов и др.
Тепловое действие токов Фуко используется в индукционных печах — в катушку, питаемую высокочастотным генератором большой мощности, помещают проводящее тело, в нем возникают вихревые токи, разогревающие его до плавления.
С помощью токов Фуко осуществляется прогрев металлических частей вакуумных установок для их дегазации.
Во многих случаях токи Фуко могут быть нежелательными. Для борьбы с ними принимаются специальные меры: с целью предотвращения потерь энергии на нагревание сердечников трансформаторов, эти сердечники набирают из тонких пластин, разделённых изолирующими прослойками. Появление ферритов сделало возможным изготовлени