Вихревые токи это: ВИХРЕВЫЕ ТОКИ — это… Что такое ВИХРЕВЫЕ ТОКИ?

Содержание

ВИХРЕВЫЕ ТОКИ — это… Что такое ВИХРЕВЫЕ ТОКИ?

ВИХРЕВЫЕ ТОКИ

ВИХРЕВЫЕ ТОКИ, электрический ток, движущийся по кругу; возникает в ПРОВОДНИКЕ под воздействием переменного магнитного поля. Вихревые токи вызывают потерю энергии в ГЕНЕРАТОРАХ и ДВИГАТЕЛЯХ переменного тока, поскольку взаимодействие между вихревыми токами в движущемся проводнике и полем, в котором он движется, замедляет движение проводника.

Научно-технический энциклопедический словарь.

  • ВИХРЕВОЕ ДВИЖЕНИЕ
  • ВИЧ

Смотреть что такое «ВИХРЕВЫЕ ТОКИ» в других словарях:

  • Вихревые токи — или токи Фуко (в честь Ж. Б. Л. Фуко)  вихревые индукционные токи, возникающие в проводниках при изменении пронизывающего их магнитного потока.

    Впервые вихревые токи были обнаружены французским учёным Д.Ф Араго (1786 1853) в… …   Википедия

  • Вихревые токи —         токи Фуко, замкнутые электрические токи в массивном проводнике, которые возникают при изменении пронизывающего его магнитного потока. В. т. являются индукционными токами (см. Индукция электромагнитная) и образуются в проводящем теле либо… …   Большая советская энциклопедия

  • ВИХРЕВЫЕ ТОКИ — (токи Фуко) замкнутые электрич. токи в массивном проводнике, возникающие при изменении пронизывающего его магн. потока. В. т. явл. индукционными токами (см. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ), они образуются в проводящем теле либо вследствие изменения во …   Физическая энциклопедия

  • ВИХРЕВЫЕ ТОКИ — (Фуко токи), замкнутые индукционные токи в массивных проводниках, которые возникают под действием вихревого электрического поля, порождаемого переменным магнитным полем. Вихревые токи приводят к потерям электроэнергии на нагрев проводника (этот… …   Современная энциклопедия

  • вихревые токи — Электрические токи в проводящем теле, вызванные электромагнитной индукцией, замыкающиеся по контурам, образующим односвязную область. [ГОСТ Р 52002 2003] вихревые токи Электрический ток, индуцированный в проводящем материале переменным магнитным… …   Справочник технического переводчика

  • Вихревые токи — (Фуко токи), замкнутые индукционные токи в массивных проводниках, которые возникают под действием вихревого электрического поля, порождаемого переменным магнитным полем. Вихревые токи приводят к потерям электроэнергии на нагрев проводника (этот… …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

  • ВИХРЕВЫЕ ТОКИ — (токи Фуко) замкнутые индукционные токи в массивных проводниках, которые возникают под действием вихревого электрического поля, порождаемого переменным магнитным полем. Вихревые токи приводят к потерям электроэнергии на нагрев проводника, в… …   Большой Энциклопедический словарь

  • вихревые токи — (токи Фуко), замкнутые индукционные токи в массивных проводниках, которые возникают под действием вихревого электрического поля, порождаемого переменным магнитным полем. Вихревые токи приводят к потерям электроэнергии на нагрев проводника, в… …   Энциклопедический словарь

  • Вихревые токи — 54. Вихревые токи Электрические токи в проводящем теле, вызванные электромагнитной индукцией, замыкающиеся по кот уран, образующим односпязиую область Источник: ГОСТ 19880 74: Электротехника. Основные понятия. Термины и определения оригинал… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • ВИХРЕВЫЕ ТОКИ — (токи Фуко), замкнутые индукц. токи в массивных проводниках, к рые возникают под действием вихревого электрич. поля, порождаемого переменным магн. полем. В. т. приводят к потерям электроэнергии на нагрев проводника, в к ром они возникли; для… …   Естествознание. Энциклопедический словарь


Вихревые токи и потери на гистерезис

Вихревые токи, или токи Фуко — вихревой индукционный объёмный электрический ток, возникающий в электрических проводниках при изменении во времени потока действующего на них магнитного поля.

Во время перемагничивания магнитных материалов переменным магнитным полем, часть энергии магнитного поля, участвующего в процессе перемагничивания, теряется. На единицу массы определенного магнитного материала в форме тепла рассеивается определенная часть мощности, которую называют «удельные магнитные потери».

Удельные магнитные потери включают в себя динамические потери, а также потери на гистерезис. К динамическим потерям относятся потери, вызываемые вихревыми токами (индуцируемыми в материале) и магнитной вязкостью (так называемое магнитное последействие). Потери же на магнитный гистерезис объясняются необратимыми перемещениями границ доменов.

Каждому магнитному материалу соответствует своя величина потерь на гистерезис, пропорциональная частоте перемагничивающего магнитного поля, а также площади гистерезисной петли данного материала.

Петля гистерезиса:

Для нахождения мощности потерь связанных с гистерезисом в единице массы (в Вт/кг) используется следующая формула:

Для снижения гистерезисных потерь, чаще всего прибегают к применению таких магнитных материалов, коэрцитивная сила которых мала, то есть материалов с тонкой петлей гистерезиса. Такой материал отжигают, чтобы снять напряжения внутренней структуры, уменьшить количество дислокаций и иных дефектов, а также укрупнить зерно.

Вихревые токи также вызывают необратимые потери. Они связаны с тем, что перемагничивающее магнитное поле индуцирует ток внутри перемагничиваемого материала. Потери вызываемые вихревыми токами, соответственно, зависят от электрического сопротивления перемагничиваемого материала и от конфигурации магнитопровода.

Таким образом, чем значительнее удельное сопротивление (чем хуже проводимость) магнитного материала, тем меньшими окажутся потери, вызываемые вихревыми токами.

Потери на вихревые токи пропорциональны частоте перемагничивающего магнитного поля в квадрате, поэтому в устройствах работающих на достаточно высоких частотах неприменимы магнитопроводы из материалов с высокой электрической проводимостью.

Оценить мощность потерь на вихревые токи для единицы массы магнитного материала (в Вт/кг) можно воспользовавшись формулой:

Так как количественно потери на вихревые токи зависят от квадрата частоты, то для работы в области высоких частот необходимо прежде всего принимать во внимание потери именно на вихревые токи.

Для минимизации этих потерь стараются использовать магнитопроводы с более высоким электрическим сопротивлением.

Чтобы сопротивление увеличить, сердечники набирают из множества взаимно изолированных листов ферромагнитного материала с достаточно высоким собственным удельным электрическим сопротивлением. 

Порошкообразный магнитный материал прессуют с диэлектриком, дабы частички магнитного материала оказались отделены друг от друга частичками диэлектрика. Так получают магнитодиэлектрики.

Еще вариант — применение ферритов — особой ферримагнитной керамики, отличающейся высоким удельным электрическим сопротивлением, близким к сопротивлению диэлектриков и полупроводников. Фактически ферриты являются твердыми растворами оксида железа с оксидами некоторых двухвалентных металлов, что можно описать обобщенной формулой:

С уменьшением толщины листа металлического материала, соответственно уменьшаются и потери вызываемые вихревыми токами. Но одновременно растут потери связанные с гистерезисом, ибо с утончением листа размер зерна также уменьшается, а значит растет коэрцитивная сила.

Практически с ростом частоты потери на вихревые токи увеличиваются сильнее нежели потери на гистерезис, в этом можно убедиться, сравнив две первые формулы. И на определенной частоте потери на вихревые токи начинают все более преобладать над потерями на гистерезис.

Это значит, что хотя толщина листа и зависит от рабочей частоты, тем не менее для каждой частоты должна быть подобрана определенная толщина листа, с которой будут минимизированы магнитные потери в целом.

Обычно магнитным материалам свойственно запаздывание изменения собственной магнитной индукции в зависимости от длительности действия перемагничивающего поля.

Данное явление вызывает потери, связанные с магнитным последействием (или так называемой магнитной вязкостью). Это связано с инерционностью процесса перемагничивания доменов. Чем короче длительность приложенного магнитного поля — тем длительнее запаздывание, а значит и магнитные потери, вызываемые «магнитной вязкостью», больше. Этот фактор необходимо учитывать при проектировании импульсных устройств с магнитными сердечниками.

Потери мощности от магнитного последействия невозможно рассчитать прямо, но их можно найти косвенно — как разность между полными удельными магнитными потерями и суммой потерь на вихревые токи и на магнитный гистерезис:

Итак, в процессе перемагничивания наблюдается некоторое отставание магнитной индукции от напряженности перемагничивающего магнитного поля по фазе. Причиной тому опять же вихревые токи, которые по закону Ленца препятствуют изменению магнитной индукции, гистерезисные явления и магнитное последействие.

Фазовый угол запаздывания называется углом магнитных потерь δм. В характеристиках динамических свойств магнитных материалов указывается такой параметр как тангенс угла магнитных потерь tgδм.

Здесь приведена схема замещения и векторная диаграмма для тороидальной катушки с сердечником из магнитного материала, где r1- эквивалентное сопротивление всех магнитных потерь:

Видно, что тангенс угла магнитных потерь обратно пропорционален добротности катушки. Возникающую при данных условиях индукцию Bm в перемагничиваемом материале можно разложить на две составляющие: первая — совпадает по фазе с напряженностью перемагничивающего поля, вторая — отстает от нее на 90 градусов.

Первая составляющая непосредственно связана с обратимыми процессами при перемагничивании, вторая — с необратимыми. Применяемые в цепях переменного тока, магнитные материалы характеризуются в связи с этим таким параметром как комплексная магнитная проницаемость:

Ранее ЭлектроВести писали, что две команды американских физиков разработали стратегию производства устройств для преобразования света в электричество с помощью органических полупроводников и «освобожденных» электронов.

По материалам: electrik.info.

Вихревые токи – токи Фуко, что это такое и где они используются | Энергофиксик

Вихревые или еще так называемые цикличные токи могут нести в себе помимо вреда еще и пользу. С одной стороны, вихревые токи — это непосредственная причина потерь электроэнергии в проводнике либо же катушке. В то же самое время на этом эффекте построены современные индукционные печи, так что польза от таких токов есть. Давайте поговорим о пользе и вреде немного по подробней.

yandex.ru

yandex.ru

Краткое определение

Для начала давайте дадим определение озвученному явлению. Вихревые токи — это такие токи, которые начинают протекать по причине воздействия переменного магнитного поля. При этом может изменяться не само поле, а положение проводника в этом поле, то есть если проводник начнет перемещаться в статичном поле, то в нем все равно образуются токи Фуко.

И траекторию протекания таких токов определить невозможно. Известно лишь то, что ток проходит в том месте, где сопротивление минимально.

Как открыли это явление

Изначально вихревые токи были зафиксированы в 1824 году ученым
Д.А. Араго во время проведения следующего опыта:

На одной оси были смонтированы медный диск и магнитная стрелка, диск располагался внизу, а стрелка несколько выше. Так вот, когда стрелку вращали, то медный диск также начинал вращаться, так как протекающие токи формировали магнитное поле, которое и вступало во взаимодействие с магнитной стрелкой.

Наблюдаемый эффект получил название – явление Араго.

yandex.ru

yandex.ru

По истечении нескольких лет этот вопрос стал изучать Максвелл Фарадей, который как раз открыл закон электромагнитной индукции. Так вот, согласно открытому закону было сделано предположение, что магнитное поле оказывает непосредственное воздействие на атомарную решетку проводника.

И образующийся в результате данного воздействия электрический ток, всегда формирует магнитное поле во всем проводнике.

А подробно описал вихревые токи уже экспериментатор Фуко, именно поэтому второе название вихревых токов – токи Фуко. С историей немного познакомились, теперь давайте узнаем природу вихревых токов.

Природа вихревых токов

Замкнутые циклические токи могут образоваться в проводнике только в том варианте, когда магнитное поле, в котором находится проводник, имеет нестабильную структуру, то есть имеет вращение или изменяется со временем.

Из этого следует, что сила вихревых токов имеет прямую связь со скоростью изменения магнитного потока, проходящего через проводник.

По общепринятой теории электроны перемещаются в проводнике линейным образом из-за разности потенциалов, а это значит, что ток имеет прямое направление.

yandex.ru

yandex.ru

Токи Фуко ведут себя совершенно по-другому и образуют вихревой замкнутый контур прямо в проводнике. При этом данные токи способны на взаимодействие с магнитным полем, которое их и создало.

Проводя исследование этих токов, ученый Ленц сделал вывод, что сгенерированное вихревыми токами магнитное поле не позволяет магнитному потоку, который и создал эти токи, измениться. При этом направленность силовых линий вихревого тока идентично вектору направления индукционного тока.

Вихревые токи и их вред

Давайте вспомним, как выглядит обычный трансформатор.

Так вот, если вы внимательно посмотрите на сердечник, то вы увидите, что он собран из отдельных пластин. А вам не кажется, что гораздо проще его было выполнить цельным?

Именно таким «дроблением» пытаются максимально снизить негативное воздействие токов Фуко. Ведь вихревые токи нагревают тело, в котором они протекают.

Как же они появляются в трансформаторе? Его работа и основана на принципах взаимодействия магнитных полей переменного характера, а как мы уже знаем переменное поле неизбежно порождает вихревые токи.

yandex.ru

yandex.ru

Получается, что вихревой ток нагревает сердечник. А нагрев ведет к снижению КПД и сильный перегрев приведет к оплавлению изоляции, а значит разрушению трансформатора.

Как снижают потери

Данные потери могут быть описаны следующей формулой:

Как вы знаете, верно следующее утверждение: проводник с маленьким сечением обладает большим сопротивлением, а чем больше сопротивление проводника, тем меньший ток проходит через него.

Именно поэтому сердечник выполнен из цельного куска стали, а не собран из тонких пластин, которые изолированы друг от друга окалиной или слоем лака. Такой способ сборки сердечника максимально уменьшает потери в сердечнике, то есть сводят вихревые токи до минимума.

Полезное использование вихревых токов

Данные токи не только несут негатив. Их давно научились использовать с пользой. Так, например, свойства вихревых токов используются в индукционных счетчиках. Данные токи замедляют вращение алюминиевого диска, который вращается под действием магнитного поля.

Так же создание индукционных сталеплавильных печей оказало несоизмеримый вклад в развитие всей современной индустрии производства стали.

yandex.ru

yandex.ru

Такие печи работают следующим образом: металл, который будут подвергать плавлению, помещают внутрь катушки, через которую начинают пропускать ток повышенной частоты. При этом магнитное поле формирует большие токи внутри металла, и последующий нагрев расплавляет металл.

В многоквартирных домах вы сможете увидеть индукционные плитки, принцип работы которых также основан на использовании эффекта образования вихревых токов.

Заключение

Это все, что я хотел вам рассказать о вихревых токах (токах Фуко). Если статья оказалась вам полезна или интересна, то оцените ее лайком. Спасибо за ваше внимание!

Токи фуко. вихревые токи. описание

Практическое применение вихревых токов

Вихревые токи полезны в промышленности для рассеивания нежелательной энергии, например у поворотного кронштейна механического баланса, особенно если сила тока очень высокая. Магнит в конце опоры настраивает вихревые токи в металлической пластине, прикрепленной к концу кронштейна, скажем, ansys.

Схема: вихревые токи

Вихревые потоки, как учит физика, могут быть также использованы в качестве эффективного тормозного усилия в двигателях транзитного поезда. Электромагнитные приспособления и механизмы на поезде около рельсов специально настроены для создания вихревых токов. Благодаря движению тока, получается плавный спуск системы и поезд останавливается.

Закрученные токи вредны в измерительных трансформаторах и для человека. Металлический сердечник используется в трансформаторе, чтобы увеличить поток. К сожалению, вихревые токи, полученные в якоре или сердечнике, могут увеличить потери энергии. Построив металлическую сердцевину чередующихся слоев из проводящих и не проводящих энергию, материалов, размер индуцированных петель уменьшается, таким образом, уменьшая потери энергии. Шум, который производит трансформатор при работе, является следствием именно такого конструктивного решения.

Видео: вихревые токи Фуко

Еще один интересный использования вихревой волны – применение их в электросчетчиках или медицине. В нижней части каждого счетчика расположен тонкий алюминиевый диск, который всегда вращается. Это диск движется в магнитном поле, так что там всегда есть вихревых токи, цель которых замедлить движения диска. Благодаря этому датчик работает точно и без перепадов.

Это интересно: Программы для расчета заземления – обзор лучших — рассмотрим обстоятельно

Применение

Нашли вихревые токи применение в электромагнитной индукции. Они используются для того, чтобы тормозить вращающиеся массивные детали. Благодаря магнитоиндукционному торможению они также применяются, чтобы успокоить подвижные части электроизмерительных приборов, в частности, чтобы создать противодействующий момент и притормозить подвижную часть электросчетчиков.

Также используются они в магнитном тормозном диске на электрическом счетчике. В ряде случаев применяются в технологических операциях, которые невозможны без применения высоких частот. К примеру, при откачке воздуха из вакуумных приборов и баллонов с газом. Кроме того, они нужны, чтобы полностью обезгаживать арматуру в высокочастотном генераторе.

Примечания

  1. Термин вихревой означает, что силовые линии тока замкнуты.
  2. Индукционным называют электрический ток, создаваемый (наводимый) в проводнике за счет взаимодействия проводника с переменным во времени магнитным (электромагнитным) полем, а не за счет действия включенных в разрыв цепи источников тока и ЭДС (гальванических элементов и т.п.).
  3. Часто используется термин токи во множественном числе, поскольку токи Фуко представляют собой электрический ток в объеме проводника, и в отличие от индукционного тока во вторичной обмотке трансформатора затруднительно указать единственную «электрическую цепь» для тока, единственную замкнутую траекторию движения электрических зарядов в толще проводника.
  4. Строго говоря — под действием переменного электромагнитного поля
  5. То есть обладающего большой площадью поперечного току сечения

Открытие вихревых токов

Вихревые электрические токи были открыты французским ученым Араго Д.Ф. Ученый экспериментировал с медным диском и стрелкой, которая была намагничена.

Она крутилась вокруг диска, в какой-то момент времени он начал повторять движения стрелки. Тогдашние ученые объяснение явлению не нашли – это странное движение назвали «явление Араго». Загадка ждала своего времени.

Через несколько лет вопросом заинтересовался Максвелл Фарадей, на тот момент, открывший свой знаменитый закон электромагнитной индукции.

Согласно закону, М. Фарадей выдвинул предположение, что движимое магнитное поле имеет влияние на атомную металлическую решетку медного проводника.

Электрический ток, возникший в результате направленного движения электронов, всегда создает магнитное поле по всему периметру проводника. Детально описал вихревые токи, опираясь на работы Араго и Фарадея – физик-экспериментатор Фуко, откуда они и получили свое второе название.

Какова природа вихревых токов?

Замкнутые циклические токи способны возникать в проводниках, в тех случаях, когда магнитное поле вокруг этих проводников не стабильно, то есть постоянно меняющееся во времени или динамично вращающееся.

Таким образом, сила вихревого тока прямо зависит от скорости изменения магнитного потока, пронзающего проводник. Известно, что электроны в проводнике двигаются линейно вследствие разницы потенциалов, таким образом электрический ток прямо направлен.

Токи Фуко проявляют себя иначе и замыкаются прямо в теле проводника, образуя вихреобразные цикличные контуры. Они способны взаимодействовать с магнитным полем, вследствие действия которого они и возникли. (рис 1)

Вихревые токи в проводнике

На рисунке можно хорошо рассмотреть, как интересующие нас токи увеличиваются при повышении уровня индукции (показаны пунктирными направляющими) в середине катушки, которая подключена к переменному току.

Исследуя вихревые токи Фуко русский ученый Ленц сделал вывод, что собственное магнитное поле этих токов не дает магнитному потоку, причиной коих они и являются, изменится. Характер направления силовых линий вихревого электрического тока совпадает с вектором направления индукционного тока.

Значение и применение

В момент движения тела в создаваемых магнитных полях токи Фуко являются причиной физического замедления тела в этих полях. Эта способность давно реализована в конструкции бытового электросчетчика. Суть заключается в том, что замедляется алюминиевый диск, вращающийся под действием магнита. (рис2)

Рисунок изображает диск счетчика электрической энергии, где сплошной стрелкой указано направление вращения самого диска, а пунктирными – вихревые потоки


Эти же взаимодействия помогли реализовать идею создания насоса для перекачки расплавленных металлов. Токи Фуко провоцируют возникновение скин — эффекта. В результате их действия КПД проводника уменьшается, поскольку посредине сечения проводника ток фактические отсутствует, а преобладает на его периферии.

Для уменьшения потерь электроэнергии, особенно при передаче на длительные дистанции, используют многоканальный кабель, каждая жила в котором имеет свою изоляцию. Вихревые токи, а именно индукционные печи, сконструированные на их основе, нашли широкое применение в металлургии.

Их использую для плавки металлов, их перекачивания и закалки поверхности. А также свойства вихревых токов используются для замедления и остановки металлического диска в индукционных тормозах. В современных вычислительных приборах и аппаратах токи Фуко способствуют замедлению движущихся частиц.

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.

Материалы по теме:

  • Как сделать индукционный котел своими руками
  • Зависимость сопротивления проводника от температуры
  • Правило буравчика простыми словами

Возможные проблемы

Вихревые виды проводят энергию и рассеивают ее, выделяя джоулевую теплоту. Такая энергия ротора асинхронной двигательной установки готовится из фурромагнетиков и способствует нагреву сердечников.

Чтобы бороться с подобным явлением, сердечники создаются из тонкой стали, покрываются изоляцией и устанавливаются поперек пластин. Если пластины имеют небольшую толщину, они обладают малой объемной плотностью. Благодаря ферритам и веществам, имеющим большое магнитосопротивление, сердечники делаются сплошными. Направление их ослабляет энергию внутри провода.

В результате он неравномерный. Это явление скин-эффекта или поверхностного эффекта, из-за которого внутренний проводник бесполезен, и в цепях, где есть большая частота, используются проводниковые трубки.

Обратите внимание! Скин-эффект применяется для того, чтобы разогревать поверхностный металл для металлической закалки. При этом закалка может быть проведена на любой глубине

Фуко являются индукционными токами, которые возникают в крупных проводниках сплошного типа. Обозначаются буквой ф. Они имеют свойство нагрева проводников. В результате чего они чаще используются в индукционного типа печах

Важно отметить, что способны генерировать магнитное поле. В этом механизм их работы

В некоторых случаях они полезны, в других нежелательны. В любом случае они используются во многих устройствах.

Принципы вихревых токов

Для детального изучения процессов можно рассмотреть действие полей при подключении к источнику типовой катушки индукции. Переменный ток в проводнике образует силовые линии поля. Напряженность создает разницу потенциалов в соседних петлях. Движение электронов формирует вихревые токи. Они движутся по траекториям наименьшего сопротивления, которое изменяется при наличии в изделиях примесей, трещин, полостей и других дефектов.

Закон Ома

Вихревые токи – это направленное движение электронов в проводнике. Поэтому рассматриваемые явления вполне могут быть описаны базовыми физическими формулами и определениями.

Сила тока рассчитывается по закону Ома:

I = (-1/R) * (dФ/dt), где:

  • R – электрическое сопротивление;
  • Ф – магнитный поток;
  • dt – интервал времени.

Понятно, что для практических вычислений сложнее всего выяснить значение проводимости. Кроме отмеченных выше неравномерностей пути прохождения тока (различия проводника), траектория меняется под воздействием переменного поля.

Индуктивность

Следует подчеркнуть проницаемость проводника силовыми линиями электромагнитного поля. Такое воздействие при увеличении тока источника питания интенсифицирует вихревые эффекты в контрольном образце, установленном на небольшом расстоянии. Амплитуда наведенных токов и фаза определяются нагрузкой и проводимостью катушки индукции. Как и в предыдущем примере, разрывы и другие дефекты проводящего участка оказывают существенное влияние на рабочие электрические характеристики конструкции.

Магнитные поля

Зависимость от параметров материалов показана на рисунке. Цифрами отмечены:

  1. пара или диамагнетики;
  2. ферриты;
  3. железо.

Как будут возникать токи в разных образцах при равных общих условиях

Дефектоскопия

Рассмотренные недостатки можно преобразовать в достоинства. По изменению вихревых токов определяют наличие дефектов при сканировании контрольных образцов. При создании измерительных приборов учитывают следующие факторы:

  • проводимость определяет силу и путь прохождения токов;
  • ровные поверхности исследовать проще;
  • вихревые процессы активизируется при уменьшении рабочей области.

Обнаружение контура дефектоскопом

С учетом целевого назначения корректируют конструкцию и размещение датчиков. Как правило, катушку устанавливают ближе к месту измерения. Корректируют форму изделия для лучшего соответствия объекту обследования.

Уменьшение вихревых токов

Чтобы успешно бороться с негативными проявлениями вихревых эффектов в электроэнергетике и других областях, пользуются отмеченными особенностями. В частности, увеличивают сопротивление проводников добавлением кремниевых и других присадок. Наборы из пластин размещают параллельно вектору магнитного потока. Обеспечивают надежную изоляцию элементов конструкции.

Значение

Чем быстрее движется проводящее тело в поле, тем сильнее будут токи Фуко.

При воздействии на проводящее тело электромагнитом с переменным током, вихревые токи возрастают с увеличением частоты тока и его амплитуды. Направление вращения «вихря» определяется аналогичным параметром магнитного потока. Если последний возрастает, то есть скорость его изменения положительна (dФ / dt > 0), вихревые токи вращаются по часовой стрелке.

При убывании магнитного потока (dФ / dt сопротивление вызывающей их силе (правило Ленца). Эта плоскость составляет прямой угол с силовыми линиями индуцирующего поля.

При этом вихревые токи сами генерируют магнитное поле, направленное против вызывающего их внешнего (индуцирующего) магнитного поля. В этом и состоит механизм взаимодействия токов Фуко с индуктором, заставившее вращаться диск в опыте Араго.

Применение токов Фуко

Специалисты считают, что при применении токов Фуко они больше оказывают вредного воздействия, чем положительного. Но все же они нашли широкое применение в разных областях жизнедеятельности. Особенно это касается следующих сфер:

  • металлургической промышленности;
  • транспорта;
  • вычислительной техники;
  • электротехники.

На основе вихревых токов для металлургии производят агрегаты, которые позволяют транспортировать и закалять расплавленные металлы. В этой же промышленности широко используют индукционные печи. По своей производительности они гораздо превосходят аналогичные устройства, работа которых основана на других видах действия.

Кроме того, процессы плавления и закалки металлов возможны только с использованием этого явления. На транспорте при передвижении скоростных поездов на магнитных подушках используют тормозные системы, принцип работы которых основан на токах Фуко.

Такие аппараты отличаются высокой экономичностью и производительностью. В настоящее время физики во многих странах продолжают изучать и экспериментировать с этим явлением. В результате чего удается с каждым годом совершенствовать устройства и оборудования, работающие на принципе вихревых токов.

Вихревые токи: физический смысл, потери, поле, применение

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.

Презентация на тему: » Вихревые токи ( токи Фуко) Ви хревые (токи Фуко), замкнутые индукционные токи в массивных проводниках, которые возникают под действием вихревого электрического.» — Транскрипт:

6

Вихревые токи ( токи Фуко) Ви хревые (токи Фуко), замкнутые индукционные токи в массивных проводниках, которые возникают под действием вихревого электрического поля, порождаемого переменным магнитным полем. Вихревые токи приводят к потерям электроэнергии на нагрев проводника, в котором они возникли; для уменьшения этих потерь магнитопроводы машин и аппаратов переменного тока изготовляют из изолированных стальных пластин.

8

Индукционные печи Это устройство позволяет быстро разогреть электропроводящее вещество. В веществе появляются вихревые токи. В индукционной печи не происходит передача тепла от одного тела к другому. Тепло выделяется в том веществе, которое следует нагреть

9

Электропечи камерные СНОЛ с полезным объёмом от 15 до 1000 литров предназначены для любых видов термообработки (нагрев, закалка, обжиг) в воздушной среде до температуры 1250°C. Индукционные печи

10

Спидометр Действие спидометра основано на появлении электрического тока во вращающемся алюминиевом диске, над которым находится магнит. Диск приводится во вращение от гибкого валя, соединенного с колесами автомобиля

11

Д инамический микрофон наиболее распространённый тип конструкции микрофона. Он представляет собой мембрану, соединённую с лёгкой катушкой индуктивности, которая помещена в сильное магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом. Колебания давления воздуха (звук) воздействуют на мембрану и приводят в движение катушку. Динамический микрофон Когда катушка пересекает силовые линии магнитного поля, в ней наводится ЭДС индукции. ЭДС индукции пропорциональна как амплитуде колебаний мембраны, так и частоте колебаний. Динамический микрофон практически аналогичен по конструкции динамической головке (динамику, громкоговорителю).

12

Электродинамический микрофон состоит из сильного постоянного магнита 1, мембраны 2 из алюминиевой фольги и по­движной катушки 3. Концы обмотки катушки подключены к первичной обмотке трансформатора. Когда звуковые волны попадают на мембрану микрофона, она вместе с подвижной ка­тушкой перемещается вниз и вследствие пересечения магнитных линий в катушке индуктируется э. д. с. Под действием э. д. с. по первичной обмотке трансформатора протекает ток. При разрежении пространства вокруг мембраны она вместе с подвижной катушкой перемещается вверх, при этом в катушке также индуктируется э. д. с, которая создает ток, про­текающий в противоположном направлении. Возникающий в обмотке микрофона ток, изменяющийся по величине и направлению, пройдя через усилитель, поступает в громкоговоритель.

13

Считывание данных с магнитных карточек При введении карточки в автоматическое устройство магнитная полоска проходит мимо катушки датчика прибора. Здесь возникают колебания индукционного тока, которые содержат записанную на полоску информацию.

14

Электрический пастух Через провод пропускается ток, который проходит и через некоторую катушку.При касании животным провода ограды происходит кратковременное прерывание тока в катушке, и при изменении магнитного поля индуцируется напряжение между землей и проводом ограды. животное получает лёгкий электрический удар.

15

Сварочный трансформатор

16

1в. Явление электромагнитной индукции. Закон Э/м индукции. Магнитный поток. 2в. Возникновение тока в движущихся проводниках. Явление самоиндукции. 3в. Вихревое поле. ( вторая серия опытов Фарадея) Индуктивность. стр

Токи Фуко

Определение 1

Токами Фуко или же вихревыми токами называют обладающие индукционной природой токи, которые возникают в массивных проводниках, находящихся в переменном магнитном поле.

Замкнутые цепи вихревых токов зарождаются в глубине самого проводника. Значение электросопротивления массивного проводника представляет из себя довольно малую величину, соответственно, токи Фуко могут приобретать большие значения.

Форма и свойства материала проводника, направление переменного магнитного поля и скорость изменения магнитного потока являются величинами, от которых зависит сила вихревых токов. Распределение токов Фуко в проводнике может быть крайне сложным.

Количество тепла, которое излучается за 1с токами Фуко пропорционально квадрату частоты изменения магнитного поля. Исходя из закона Ленца, можно заявить, что токи Фуко протекают по таким направлениям, чтобы своим воздействием устранить вызывающую их причину.

Таким образом, если проводник находится в движении в области магнитного поля, то он должен быть подвержен вызванному взаимодействием токов Фуко и магнитного поля сильному торможению.

Пример 1

Рассмотрим в качестве примера ситуацию с возникновением оков Фуко. Медный диск диаметром 5 см и толщиной 6мм падает в узком зазоре между полюсами электромагнита. Если электромагнит отключен, диск с высокой скоростью падает. Включим электромагнит. Поле должно быть довольно большим, около Т 0,5 Тл. Падение диска замедлится и будет похоже на движение в крайне вязкой среде.

Использование токов Фуко

Токи Фуко занимают важное место в процессе работы приводящегося в движение вращательного типа магнитным полем ротора асинхронного двигателя. Без них функционирование двигателя попросту будет невозможным

Токи Фуко применяют при демпфировании подвижных частей гальванометров, сейсмографов и целого списка иных устройств.

Так, на подвижную часть прибора устанавливается пластинка — проводник в виде сектора. Ее вводят в промежуток между полюсами сильного постоянного магнита. При движении пластинки, в ней возникают токи Фуко, что провоцирует торможение системы. Стоит учитывать, что торможение проявляется только в случае движения секторообразного проводника.

Соответственно, успокаивающий прибор такого рода не препятствует точному достижению системы состояния равновесия.

Внутри катушки распологают проводящее тело, в котором возникают разогревающие вещество до состояния плавления вихревые токи большой интенсивности. Так происходит плавление металлов в условиях вакуума, позволяющее получать материалы высокой чистоты.

При применении токов Фуко с целью обезгаживания производят прогрев внутренних металлических элементов вакуумных конструкций.

Проблемы, которые вызывают вихревые токи. Скин — эффект

Токи Фуко не всегда представляют собой полезное явление.

Определение 2

Вихревые токи — это токи проводимости, из-за чего они рассеивают часть энергии в виде джоулевой теплоты.

Такая энергия, к примеру, в роторе асинхронного двигателя, обычно изготавливаемого из ферромагнетиков, разогревает сердечники, чем ухудшает их характеристики. Чтобы избежать данного явления, сердечники производят в виде тонких пластин, которые отделяются тонкими слоями изолятора.

Пластины устанавливают таким образом, чтобы токи Фуко были направлены поперек них. В случае малой толщины пластин вихревые токи обладают небольшой объемной плотностью.

С появлением ферритов и веществ с большим магнитосопротивлением появилась возможность изготавливать сердечники сплошными.

Определение 3

Вихревые токи наводятся в проводниках, в которых протекают переменные токи. Причем токи Фуко всегда направлены таким образом, что ослабляют ток внутри провода и усиливают его около поверхности. Соответственно, изменяющийся с высокой частотой ток распределен по сечению провода неравномерно. Данное явление называется скин — эффектом (поверхностным эффектом).

По причине такого явления внутренняя часть проводника становится бесполезной и в цепях с большой частотой в качестве проводников применяют трубки.

Скин — эффект может быть использован для разогрева поверхностного слоя металла, что позволяет применять данное явление в процессе закалки металла.

Также стоит отметить, что, изменяя частоту поля, можно производить закалку на любой необходимой глубине.

Определение 4

RwR0=1+k43, при k

Свойства вихревых токов

Стоит отметить, что вихревая энергия не отличается от индукционной проводной. По направлению и силе Фуко зависит от металлического проводникового элемента, от того, в каком направлении идет переменный магнитный поток, какие имеет свойства металл и как изменяется магнитный поток. При этом токовое распределение очень сложное.

В проводниковых объектах, имеющих габаритные объемы, токи бывают большими, из-за чего значительно повышается температура тела.

Токовая энергия способна создавать нагревание проводника для индукционной печи и металлического плавления. Подобно другим индукционным разновидностям, Фуко взаимодействуют с первичным магнитным полем и тормозят индуктивное движение.

Физические свойства и определение токов Фуко

К вихревым токам относятся электрические токи, которые возникают под влиянием электромагнитной индукции, появляющейся в металлической или другой проводящей среде. Эта индукция появляется под воздействием изменяющегося магнитного потока.

В свою очередь вихревые токи способствуют появлению собственных магнитных потоков. В соответствии с законом Ленца, они оказывают противодействие магнитному потоку катушки и делают его слабее. Это приводит к нагреву сердечника и бесполезным тратам электрической энергии. Данный процесс можно рассмотреть подробнее на примере металлического сердечника. На него помещается катушка, с пропущенным переменным током. Вокруг катушки происходит образование переменного магнитного тока, пересекающего сердечник. Одновременно в нем наводится индуцированная электродвижущая сила, вызывающая, в свою очередь, вихревые токи. Их действие вызывает нагревание сердечника. При незначительном сопротивлении сердечника, наведенные токи могут иметь довольно большое значение и привести к существенному нагреву.

Вихревые токи (токи Фуко)

| на главную | доп. материалы | физика как наука и предмет | электричество и электромагнетизм |

Организационные, контрольно-распорядительные и инженерно-технические услуги
в сфере жилой, коммерческой и иной недвижимости. Московский регион. Официально.

Индукционный ток возникает не только в линейных проводниках, но и в массивных сплошных проводниках, помещенных в переменное магнитное поле. Эти токи оказыва­ются замкнутыми в толще проводника и поэтому называются вихревыми. Их также называют токами Фуко — по имени первого исследователя.

Токи Фуко, как и индукционные токи в линейных проводниках, подчиняются правилу Ленца: их магнитное поле направлено так, чтобы противодействовать измене­нию магнитного потока, индуцирующему вихревые токи. Например, если между полюсами невключенного электромагнита массивный медный маятник совершает пра­ктически незатухающие колебания (рис. 181), то при включении тока он испытывает сильное торможение и очень быстро останавливается. Это объясняется тем, что возникшие токи Фуко имеют такое направление, что действующие на них со стороны магнитного поля силы тормозят движение маятника. Этот факт используется для успокоения (демпфирования) подвижных частей различных приборов. Если в описанном маятнике сделать радиальные вырезы, то вихревые токи ослабляются и торможение почти отсутствует.

Вихревые токи помимо торможения (как правило, нежелательного эффекта) вызывают нагревание проводников. Поэтому для уменьшения потерь на нагревание якоря генераторов и сердечники трансформаторов делают не сплошными, а изготовляют из тонких пластин, отделенных одна от другой слоями изолятора, и устанавливают их так, чтобы вихревые токи были направлены поперек пластин. Джоулева теплота, выделяемая токами Фуко, используется в индукционных металлургических печах. Индукционная печь представляет собой тигель, помещаемый внутрь катушки, в кото­рой пропускается ток высокой частоты. В металле возникают интенсивные вихревые токи, способные разогреть его до плавления. Такой способ позволяет плавить металлы в вакууме, в результате чего получаются сверхчистые материалы.

Вихревые токи возникают и в проводах, по которым течет переменный ток. Направление этих токов можно определить по правилу Ленца. На рис. 182, а показано направление вихревых токов при возрастании первичного тока в проводнике, а на рис. 182, б — при его убывании. В обоих случаях направление вихревых токов таково, что они противодействуют изменению первичного тока внутри проводника и способ­ствуют его изменению вблизи поверхности. Таким образом, вследствие возникновения вихревых токов быстропеременный ток оказывается распределенным по сечению провода неравномерно — он как бы вытесняется на поверхность проводника. Это явление получило название скин-эффекта (от англ. skin — кожа) или поверхностного эффекта. Так как токи высокой частоты практически текут в тонком поверхностном слое, то провода для них делаются полыми.

Если сплошные проводники нагревать токами высокой частоты, то в результате скин-эффекта происходит нагревание только их поверхностного слоя. На этом основан метод поверхностной закалки металлов. Меняя частоту поля, он позволяет производить закалку на любой требуемой глубине.


Метод вихревых токов » Детская энциклопедия (первое издание)

Люминесцентный метод и метод красок На машиностроительном заводе

Прибор для выявления трещин и других дефектов металла, основанный на использовании вихревых токов

Метод вихревых токов — новый перспективный метод контроля. Он основан на возбуждении в контролируемой детали вихревых токов. Это те самые электрические токи, которые долгое время считали лишь паразитными. Сейчас их используют для поверхностной закалки и индукционного нагрева металлов, а также в обычных счетчиках электроэнергии.

Вихревой ток в контролируемом металле можно создать с помощью катушки, подключенной к генератору переменного тока высокой частоты. Для этого металл подносят как можно ближе к катушке. Катушка является источником переменного электромагнитного поля. Вихревые токи возникают вследствие того, что металл пересекают силовые линии этого поля. Они текут по замкнутым путям, соответствующим по форме возбуждающей их катушке. Известно, что величина тока в проводнике зависит от его сопротивления.

Различные дефекты уменьшают сечение металла, по которому течет ток. Трещина служит препятствием вихревому току и изменяет его величину. Следовательно, по величине вихревого тока можно судить о наличии дефектов. Но непосредственно измерить величину вихревых токов невозможно. Судить о ней можно лишь по изменению тока или напряжения на возбуждающей или особой, дополнительной измерительной катушке. Между показаниями прибора при установке испытательных катушек на бездефектном участке и на дефекте есть существенная разница.

Приборы, основанные на использовании вихревых токов, позволяют также измерять удельное сопротивление немагнитного металла, контролировать его твердость и качество термообработки. Их используют для измерения слоя гальванических и лакокрасочных покрытии на металлах толщиной от 20 микрон и больше.

При контроле детали обычно используют несколько методов.

БОРОСКОП

Это прибор для осмотра и фотографирования внутренних полостей герметически закрытых конструкций. В герметизированном крыле сверхскоростного самолета или авиационном топливном баке, внутренность которых нужно рассмотреть, просверливаются три крошечных отверстия, которые  после исследования легко заделать. Через одно из них внутрь вводится бороскоп диаметром 5 мм, через два других — два тонких кварцевых стержня. Стержни проводят внутрь полости свет от наружной лампочки в 50 вт, а бороскоп через систему линз позволяет рассмотреть внутреннюю полость бака или отсека крыла и сфотографировать ее. Сегодняшние технологии позволяют с помощью оптоволокна обойтись сверлением всего одного отверстия.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Люминесцентный метод и метод красок На машиностроительном заводе

Что такое вихревые токи?

Вихревой ток — это водоворот сопротивления, возникающий при пересечении двух электромагнитных полей. Он циркулирует в направлении, противоположном исходному току. Сопротивление, возникающее в результате столкновения двух полей, эффективно преобразует часть электрической энергии, присутствующей в тепле, нежелательный побочный продукт, когда целью является простая передача электричества, как в трансформаторе. Другие применения, однако, используют противоположный магнетизм вихревых токов для достижения других результатов, включая идентификацию металлов, испытания свойств материалов и технических узлов и торможение железнодорожных вагонов.

В электромагнитных приложениях, таких как трансформаторы, где цель состоит в том, чтобы проводить электричество с минимальными помехами, необходима специальная конструкция, чтобы гарантировать, что вихревой ток не препятствует первичной электрической силе. Слои проводящего материала разделены слоями изоляционного материала. Результатом является то, что естественное магнитное притяжение противодействующей силы к проводящему материалу фрагментировано и не имеет возможности сформировать контрпродуктивный вихревой ток.

Иногда, генерация тепла с помощью вихревых токов является точкой, особенно в промышленных печах, используемых для плавления металлов. Бытовые индукционные варочные панели основаны на том же принципе, при котором электромагнитное поле конфорки реагирует с магнитным полем специальной железной посуды. Нагрев происходит только там, где встречаются две поверхности, поэтому остальная часть варочной панели не нагревается.

Два вихревых использования для вихревых токов можно найти в торговых автоматах и ​​при переработке. В торговом автомате постоянный магнит вызовет отклонение недопустимого предмета, такого как стальной слизень. В гораздо большем масштабе можно сортировать типы банок и других перерабатываемых металлов, поскольку каждый металл по-своему реагирует на противоположную магнитную силу.

В вихретоковом тормозе магнитное сопротивление достаточно велико, чтобы остановить вагон. В системе, сравнимой с трением, приложенная магнитная сила противостоит движению стальных колес. По мере замедления колес сопротивление уменьшается, что позволяет постепенно замедлять движение и плавно останавливаться. Механизмы отключения электроинструментов, таких как дисковые пилы, работают аналогичным образом.

Вихретоковый контроль позволяет проводить неразрушающий анализ проводящих металлов и сборок, которые их содержат. С помощью этой методики инспектор индуцирует вихревые токи в исследуемом материале, а затем ищет неровности в протекании тока. Например, разрыв во взаимодействии двух магнитных полей может указывать на наличие трещины. Этот вид тестирования достаточно чувствителен, чтобы проверить изменения толщины материала, коррозию или другие нежелательные скрытые условия.

Одним из известных пользователей вихретокового контроля является Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США (НАСА). Агентство часто должно устранять проблемы с материалами и системами, которые уже существуют, поэтому неразрушающий аспект вихретокового датчика имеет решающее значение. Весной 2009 года НАСА обнаружило дефект в клапане управления потоком, критической части, которая управляет потоком топлива во время запуска космического челнока и других ракет. Вихретоковые испытания позволили агентству контролировать состояние клапанов, и в конечном итоге было решено, что все они должны быть заменены.

ДРУГИЕ ЯЗЫКИ

Что такое вихревые токи?

Эдди токи — это токи, которые циркулируют в проводниках, как вихри в транслировать. Они индуцируются изменением магнитных полей и течением в замкнутых контурах, перпендикулярно плоскости магнитного поля. Их можно создать, когда проводник движется через магнитное поле, или когда магнитное поле окружение неподвижного проводника меняется, то есть все, что приводит к проводник испытывает изменение силы или направления магнитного поле может производить вихревые токи.Величина вихревого тока пропорциональна величине магнитного поля, площади петли и скорости изменения магнитного потока, и обратно пропорционально удельному сопротивлению дирижер.

Как и любой ток, протекающий через проводник, вихревой ток будет производить свой собственный магнитное поле. Закон Ленца гласит, что направление магнитно-индуцированного ток, как и вихревой ток, будет таким, что создаваемое магнитное поле будет противодействовать изменению магнитного поля, которое его создало.Это сопротивление создало противоположными магнитными полями используется в вихретоковом торможении, которое обычно используется как метод остановки вращающихся электроинструментов и американских горок.

в диаграмма ниже, токопроводящий металлический лист (представляющий движущийся например, автомобиль с горками или электроинструмент), движется мимо неподвижного магнита. В качестве лист движется мимо левого края магнита, он почувствует увеличение напряженность магнитного поля, вызывающая вихревые токи против часовой стрелки.Эти токи создают свои собственные магнитные поля и, согласно закону Ленца, направление будет вверх, т.е. противодействовать внешнему магнитному полю, создавая магнитное сопротивление. На другом краю магнита лист будет выходить из магнитное поле, и изменение поля будет в противоположном направлении, таким образом индуцирование вихревых токов по часовой стрелке, которые затем создают магнитное поле, действующее вниз. Это будет притягивать внешний магнит, также создавая сопротивление. Эти силы сопротивления замедляют движущийся лист, обеспечивая торможение.Электромагнит может использоваться для внешнего магнита, что означает, что можно изменять силу торможение осуществляется путем регулирования тока через катушки электромагнита. Преимущество вихревого торможения в том, что оно бесконтактное, поэтому механический износ. Однако вихревое торможение не подходит для торможения на низкой скорости и поскольку проводник должен двигаться, вихревые тормоза не могут удерживать предметы в стационарные позиции. Таким образом, часто необходимо также использовать традиционные фрикционный тормоз.

Эдди течения были впервые обнаружены в 1824 году ученым, а затем премьер-министром Франция, Франсуа Араго. Он понял, что намагнитить можно больше всего. проводящие объекты и был первым свидетелем вращательного магнетизма. Десять лет позже закон Ленца был постулирован Генрихом Ленцем, но только в 1855 г. что французский физик Леон Фуко официально открыл вихревые токи. Он обнаружили, что сила, необходимая для вращения медного диска при размещении его обода между полюсами магнита, такого как подковообразный магнит, увеличивается, и диск нагревается индуцированными вихревыми токами.

Отопление Эффект возникает из-за преобразования электрической энергии в тепловую. и используется в устройствах индукционного нагрева, например в некоторых плитах и ​​сварочных аппаратах. В сопротивление, ощущаемое вихревыми токами в проводнике, вызывает джоулев нагрев и количество выделяемого тепла пропорционально текущему квадрату. Однако для в таких приложениях, как двигатели, генераторы и трансформаторы, это тепло считается потери энергии и, как таковые, вихревые токи должны быть сведены к минимуму.Это может быть достигается за счет ламинирования металлических сердечников этих устройств, где каждый сердечник состоит из нескольких изолированных листов металла. Это разбивает ядро ​​на многие отдельные магнитные цепи и ограничивает прохождение вихревых токов через него, уменьшая количество тепла, выделяемого за счет джоулева нагрева.

Эдди токи также можно отвести через трещины или прорези в проводнике, которые нарушают цепи и предотвратить циркуляцию токовых петель.Это означает, что вихревые токи могут использоваться для обнаружения дефектов в материалах. Это называется неразрушающий контроль и часто используется в самолетах. Магнитное поле производятся вихревыми токами, где изменение поля показывает наличие неровности; дефект уменьшит размер вихря ток, который, в свою очередь, снижает напряженность магнитного поля.

Другой применение вихревых токов — магнитная левитация. Проводники подвергаются переменные магнитные поля, которые вызывают вихревые токи внутри проводника и создают отталкивающее магнитное поле, раздвигающее магнит и проводник.Это переменное магнитное поле может быть вызвано относительным движением между магнит и проводник (обычно магнит неподвижен, а проводник движется) или с помощью электромагнита, применяемого с переменным током для изменения напряженность магнитного поля.

Вихревые токи — Университетская физика, том 2

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Объясните, как в металлах возникают вихревые токи
  • Опишите ситуации, когда вихревые токи полезны, а где нет.

Как обсуждалось в двух разделах ранее, ЭДС движения индуцируется, когда проводник движется в магнитном поле или когда магнитное поле движется относительно проводника.Если двигательная ЭДС может вызвать ток в проводнике, мы называем этот ток вихревым током.

Магнитное демпфирование

Вихревые токи могут вызывать значительное сопротивление движению, называемое магнитным затуханием. Рассмотрим устройство, показанное на (Рисунок), которое раскачивает маятник между полюсами сильного магнита. (Это еще одна излюбленная демонстрация физики.) Если боб металлический, на боб действует значительное сопротивление, когда он входит в поле и покидает его, быстро демпфируя движение.Однако, если боб представляет собой металлическую пластину с прорезями, как показано в части (b) рисунка, магнит производит гораздо меньший эффект. Заметного воздействия на боб из изолятора не наблюдается. Почему сопротивление возникает в обоих направлениях и есть ли применение магнитному сопротивлению?

Обычное демонстрационное устройство для изучения вихревых токов и магнитного затухания. (а) Движение металлического маятника, раскачивающегося между полюсами магнита, быстро затухает под действием вихревых токов.(b) Имеется незначительное влияние на движение металлического боба с прорезями, что означает, что вихревые токи становятся менее эффективными. (c) На непроводящем бобе также отсутствует магнитное затухание, поскольку вихревые токи чрезвычайно малы.

(рисунок) показывает, что происходит с металлической пластиной, когда она входит в магнитное поле и выходит из него. В обоих случаях он испытывает силу, противодействующую его движению. Когда он входит слева, поток увеличивается, создавая вихревой ток (закон Фарадея) в направлении против часовой стрелки (закон Ленца), как показано.Только правая сторона токовой петли находится в поле, поэтому на нее слева действует беспрепятственная сила (RHR-1). Когда металлическая пластина полностью находится внутри поля, вихревой ток отсутствует, если поле однородно, поскольку поток остается постоянным в этой области. Но когда пластина покидает поле справа, поток уменьшается, вызывая вихревой ток по часовой стрелке, который, опять же, испытывает силу слева, еще больше замедляя движение. Аналогичный анализ того, что происходит, когда пластина поворачивается справа налево, показывает, что ее движение также затухает при входе в поле и выходе из него.

Более подробный взгляд на проводящую пластину, проходящую между полюсами магнита. Когда он входит в поле и выходит из него, изменение магнитного потока создает вихревой ток. Магнитная сила на токовой петле препятствует движению. Когда пластина полностью находится внутри однородного поля, нет ни тока, ни магнитного сопротивления.

Когда металлическая пластина с прорезями входит в поле ((Рисунок)), ЭДС индуцируется изменением магнитного потока, но она менее эффективна, поскольку прорези ограничивают размер токовых петель.Более того, в соседних контурах есть токи в противоположных направлениях, и их эффекты нейтрализуются. Когда используется изоляционный материал, вихревые токи чрезвычайно малы, поэтому магнитное затухание на изоляторах незначительно. Если необходимо избежать вихревых токов в проводниках, они должны быть выполнены с прорезями или состоять из тонких слоев проводящего материала, разделенных изоляционными листами.

Вихревые токи, индуцированные в металлической пластине с прорезями, входящие в магнитное поле, образуют небольшие петли, и силы на них имеют тенденцию нейтрализоваться, тем самым делая магнитное сопротивление почти нулевым.

Применение магнитного демпфирования

Одно из применений магнитного демпфирования встречается в чувствительных лабораторных весах. Чтобы обеспечить максимальную чувствительность и точность, весы должны быть максимально свободными от трения. Но если он без трения, то будет очень долго колебаться. Магнитное демпфирование — простое и идеальное решение. При магнитном демпфировании сопротивление пропорционально скорости и обращается в ноль при нулевой скорости. Таким образом, колебания быстро затухают, после чего демпфирующая сила исчезает, что позволяет весам быть очень чувствительными ((рисунок)).В большинстве весов магнитное демпфирование достигается с помощью проводящего диска, который вращается в фиксированном поле.

Магнитное демпфирование этих чувствительных весов замедляет их колебания. Поскольку закон индукции Фарадея дает наибольший эффект при самых быстрых изменениях, демпфирование наибольшее для больших колебаний и стремится к нулю при остановке движения.

Поскольку вихревые токи и магнитное затухание возникают только в проводниках, центры переработки могут использовать магниты для отделения металлов от других материалов.Мусор партиями сбрасывается по пандусу, под которым находится мощный магнит. Проводники в мусоре замедляются из-за магнитного демпфирования, в то время как неметаллы в мусоре движутся дальше, отделяясь от металлов ((Рисунок)). Это работает для всех металлов, а не только для ферромагнитных. Магнит может отделить ферромагнитные материалы самостоятельно, воздействуя на неподвижный мусор.

Металлы можно отделить от другого мусора с помощью магнитного сопротивления. В металлах создаются вихревые токи и магнитное сопротивление, которые направляются вниз по этой рампе мощным магнитом под ним.Неметаллы идут дальше.

Другие основные области применения вихревых токов появляются в металлодетекторах и тормозных системах в поездах и американских горках. Переносные металлоискатели ((Рисунок)) состоят из первичной катушки, по которой проходит переменный ток, и вторичной катушки, в которой индуцируется ток. В куске металла рядом с детектором индуцируется вихревой ток, вызывая изменение наведенного тока во вторичной катушке. Это может вызвать какой-то сигнал, например пронзительный шум.

Солдат в Ираке использует металлоискатель для поиска взрывчатых веществ и оружия. (Источник: армия США)

Торможение с использованием вихревых токов более безопасно, поскольку такие факторы, как дождь, не влияют на торможение и торможение более плавное. Однако вихревые токи не могут полностью остановить движение, поскольку создаваемая тормозная сила уменьшается с уменьшением скорости. Таким образом, скорость может быть уменьшена с, скажем, 20 м / с до 5 м / с, но для полной остановки транспортного средства требуется другая форма торможения.Обычно в американских горках используются мощные редкоземельные магниты, такие как неодимовые магниты. (Рисунок) показывает ряды магнитов в таком приложении. У транспортного средства есть металлические ребра (обычно содержащие медь), которые проходят через магнитное поле, замедляя транспортное средство почти так же, как и в случае с маятниковым бобом, показанным на (Рисунок).

Ряды редкоземельных магнитов (выступающие горизонтально) используются для магнитного торможения в американских горках. (кредит: Стефан Шеер)

Индукционные варочные панели имеют под поверхностью электромагниты.Магнитное поле быстро меняется, создавая вихревые токи в основании горшка, вызывая повышение температуры горшка и его содержимого. Индукционные варочные панели обладают высокой эффективностью и хорошим временем отклика, но для работы индукционной плиты в основании кастрюли должны быть проводники, такие как железо или сталь.

Сводка

  • Токовые петли, наведенные в движущихся проводниках, называются вихревыми токами. Они могут создавать значительное сопротивление, называемое магнитным демпфированием.
  • Манипулирование вихревыми токами привело к появлению таких приложений, как металлодетекторы, торможение в поездах или американских горках, а также индукционные варочные панели.

Концептуальные вопросы

Проводящий лист лежит в плоскости, перпендикулярной магнитному полю, находящейся под листом. Если колеблется с высокой частотой, а проводник изготовлен из материала с низким удельным сопротивлением, область над листом эффективно экранируется. Объяснить, почему. Будет ли проводник экранировать эту область от статических магнитных полей?

Проводящий лист защищен от изменяющихся магнитных полей путем создания наведенной ЭДС. Эта наведенная ЭДС создает индуцированное магнитное поле, которое противодействует любым изменениям магнитных полей из-за поля под ним.Следовательно, в области над этим слоем нет чистого магнитного поля. Если бы поле было вызвано статическим магнитным полем, индуцированная ЭДС не возникнет, так как вам нужен изменяющийся магнитный поток, чтобы вызвать ЭДС. Следовательно, это статическое магнитное поле не будет экранировано.

Электромагнитное торможение может быть достигнуто путем приложения сильного магнитного поля к вращающемуся металлическому диску, прикрепленному к валу. а) Как магнитное поле может замедлить вращение диска? б) Работали бы тормоза, если бы диск был сделан из пластика, а не из металла?

Катушка перемещается через магнитное поле, как показано ниже.Поле однородное внутри прямоугольника и нулевое снаружи. Каково направление индуцированного тока и каково направление магнитной силы на катушке в каждом показанном положении?

а. нулевой индуцированный ток, нулевое усилие; б. ток наведенный по часовой стрелке, сила слева; c. нулевой индуцированный ток, нулевая сила; d. ток, индуцированный против часовой стрелки, сила слева; е. нулевой индуцированный ток, нулевое усилие.

Глоссарий

магнитное демпфирование
сопротивление, создаваемое вихревыми токами
вихретоковый
токовая петля в проводнике, вызванная двигательной ЭДС

вихретоковых трубок | Образовательные инновации

Автор: Рон Перкинс

Вихревой ток — это ток, возникающий в проводнике в ответ на изменение магнитного поля.Закон Ленца предсказывает, что ток движется таким образом, чтобы создать магнитное поле, препятствующее изменению; для этого в проводнике электроны вращаются в плоскости, перпендикулярной изменяющемуся магнитному полю. Поскольку магнитные поля вихревых токов противодействуют магнитному полю падающего магнита; между двумя полями существует притяжение. Энергия превращается в тепло.

Этот принцип используется для гашения колебаний плеча рычага многих механических весов. На конце рычага расположен кусок плоского алюминия, который перемещается через магнитное поле постоянного магнита.Чем быстрее колеблется рычаг, тем больше вихревые токи и больше притяжение к постоянному магниту. Однако, когда рука останавливается, притяжение незначительно.

Educational Innovations содержит множество вихретоковых трубок, поэтому вы можете легко продемонстрировать эту концепцию в своем классе. Посетите наш веб-сайт, чтобы увидеть полную линейку вихретоковых трубок и магнитных пленок.

Если одиночный неодимовый магнит имеет ту же массу, что и одиночный магнит для коровы, неодимовый магнит будет падать медленнее, поскольку его магнитное поле больше.Два неодимовых магнита падают медленнее, чем один, потому что напряженность магнитного поля увеличилась. Время падения в трубку увеличивается с добавлением других магнитов. Есть момент, когда эффект увеличения массы становится больше, чем увеличение напряженности магнитного поля. Тогда группа магнитов падает быстрее.

Отличное занятие в классе — попросить учеников определить время, за которое один магнит упадет на метровую медную трубку.Затем рассчитайте среднюю скорость магнита в зависимости от времени и длины трубки. Предполагая, что скорость падающего магнита постоянна, рассчитайте время, за которое магнит упадет в более короткую трубку
той же толщины.

Более толстые трубки увеличивают время спада из-за более сильных вихревых токов от большего количества проводящих электронов. Попросите учащихся старших классов предложить эксперимент по определению толщины трубки путем определения скорости падения магнита внутри трубки.

Определите время, за которое один магнит упадет через 7-дюймовую медную трубку, и измерьте время, за которое тот же магнит пройдет через 15-дюймовую алюминиевую трубку. Время падения должно быть примерно одинаковым. Свяжите длину трубок с проводимостью металлов.

Вихретоковые трубки

— отличная демонстрация противоречивых событий! Представляя вихретоковые стержни или используя магнитную пленку для просмотра, ваши ученики могут наблюдать за медленным падением магнитов.Ваши ученики будут очарованы увиденным!

Эта запись была опубликована в пятницу, 2 апреля 2010 г., в 20:42 и относится к уровням колледжа, экспериментам, уровням средней школы, магнетизму, уровням средней школы, физике. Вы можете следить за любыми ответами на эту запись через канал RSS 2.0. Вы можете оставить отзыв или откликнуться со своего сайта.

Сообщение навигации

» Предыдущий пост Следующее сообщение »

Eddy Currents Demo

Eddy Currents Demo

Лабораторная демонстрация № 30


    * При включении переключателя диск начнет вращаться на
    * Магнит будет перемещен к диску при достаточно впечатляющем достигнута скорость (если вы будете осторожны, то эта штука разгонится до 3000 об / мин!)
    * Вращение будет быстро уменьшено до нуля.

Дополнительная информация по теории, аппаратуре, Порядок действий и полезные советы доступен. Оборудование для этой демонстрации хранится в комнате 302 Рокфеллера.

Целью этого эксперимента является наблюдение силы сопротивления вихревой ток, который появляется в диске, чтобы противодействовать движению.


Теория

    Когда металл движется через пространственно изменяющееся магнитное поле, или находясь в изменяющемся магнитном поле, индуцированные токи начинают циркулировать по металлу.Эти токи называются вихревыми токами. из-за их сходства с водоворотами в текущем ручье. В этом случае Вихретокового тормоза вращающийся диск имеет магнитное поле, проходящее через него перпендикулярно, но он силен только в той области, где магнит есть. Течения в этой области испытывают боковой удар, который противодействует вращению диска. Это взаимодействие поля и тока приводит к «торможению» диска, отсюда и название «вихретоковый». тормоз.»Обратные токи замыкаются через части диска, где поле слабая, поэтому сила сопротивления есть только в «генерирующей» области.

    Продвинутым студентам можно указать, что: (A) этот эффект очень сложно рассчитать для обычных магнитных полей и геометрий дисков; (B) если диск имеет радиальную прорезь по области, покрытой магнит, расчет становится намного проще, так как токи тогда должен закрываться через обод и ступицу, сопротивление которых можно оценить; и (C) если магнитное поле однородно повсюду в диске, вы иметь разомкнутый генератор Фарадея и электростатическое поле накапливается, чтобы отменить силу v X b, поэтому ток не течет, и не было бы тормозного эффекта.


Аппарат

Для этой демонстрации необходимо следующее оборудование:
    * вихретоковый тормоз с алюминиевым диском + двигатель — доступен в Рокфеллер, комната 302, шкаф D
    * большой сильный магнит (три подходящих магнита также доступны в помещении 302, шкаф D)

Порядок действий

    После включения вихретокового тормоза дайте диску вращаться в течение некоторое время, чтобы набрать изрядную скорость. Затем поднесите магнит к диск.Вращение диска начнет замедляться и, в конце концов, прекратится. остановиться из-за индукции вихревых токов магнитным поле. Если магнит недостаточно силен, вихревые токи, которые появиться в противовес движению диска не будет иметь никакого эффекта по его движению. Магниты магнетрона с полюсными наконечниками 4 см довольно хороши. удовлетворительно, а «чудовищный магнит» в шкафу D дает впечатляющие результаты, если вы достаточно проницательны (или достаточно сильны), чтобы заставить хранителя выключенный.


Полезные советы

    В отделении есть несколько подковообразных магнитов «магнетрон», с диаметром полюсного наконечника 4 см и зазором около 5 см. Это замедлит диск с 1500 об / мин за несколько секунд. «Магнит-монстр» в шкафу D в 302 остановит диск через 2 или 3 секунды — остерегайтесь силы реакции. Обратите внимание, что основание дискового двигателя ДОЛЖНО быть зажато. к столу, если вы бежите выше 1000 об / мин.


Вернуться в Каталог «Электричество и магнетизм».

Вихретоковый — Academic Kids

От академических детей

Вихревой ток — это явление, вызванное движущимся магнитным полем, пересекающим проводник, или наоборот. Относительное движение вызывает циркулирующий поток электронов или тока внутри проводника. Эти циркулирующие вихри тока создают электромагниты с магнитными полями, которые противостоят внешнему магнитному полю (см. Закон Ленца). Чем сильнее магнитное поле или выше электрическая проводимость проводника, тем больше развиваются токи и тем больше противодействующая сила.Это используется для большого эффекта при движении преобразователей электроэнергии, таких как электрические генераторы и динамические микрофоны. Трение внутри проводника или сопротивление вызывают эффект затягивания, который используется для торможения и демпфирования. Сверхпроводники, которые обеспечивают идеальную проводимость без потерь, создают идеальный вихревой ток, который полностью нейтрализует противоположную магнитную силу, допускающую магнитную левитацию. Вихревые токи также являются основной причиной скин-эффекта в проводниках переменного тока.

Вихревые токи используются для торможения в конце некоторых американских горок; этот механизм не имеет механического износа и обеспечивает очень точное тормозное усилие.Обычно тяжелые медные пластины, выходящие из автомобиля, перемещаются между парами очень сильных постоянных магнитов.

Вихревые токи создают потери из-за джоулева нагрева и снижают эффективность многих устройств, использующих изменяющиеся магнитные поля, таких как трансформаторы с железным сердечником и двигатели переменного тока. Их можно свести к минимуму, если выбрать материалы сердечника с низкой электропроводностью или использовать тонкие листы (ламинаты) магнитного материала.

Использование вихретоковых методов — распространенный метод проверки и контроля состояния труб теплообменника.

Аналогичное вихревое течение наблюдается в воде при волочении весла, локализованные области турбулентности вызывают появление вихрей, которые сохраняются некоторое время, а затем рассеиваются. de: Wirbelstrom vi: Dng iện Foucault fr: Курант де Фуко

Вихревые токи

Вихревые токи
следующий: Генератор переменного тока вверх: магнитная индукция Предыдущая: Motional Emf В приведенном выше примере мы видели, что когда проводник перемещается в магнитном поле, поле возникает двигательная ЭДС.Более того, согласно рабочему примеру 9.3, эта ЭДС управляет током. который нагревает проводник, а в сочетании с магнитным поле, также вызывает магнитную силу, действующую на проводник, которая противодействует его движение. Оказывается, это довольно общие результаты. Между прочим, индуцированные токи, которые циркулируют внутри движущегося проводника в статическом магнитном поле. поле, или неподвижный проводник в изменяющемся во времени магнитном поле, обычно называют вихревые токи .

Рассмотрим металлический диск, который вращается в перпендикулярном магнитном поле, которое только распространяется на небольшую прямоугольную часть диска, как показано на рис.37. Такое поле могло быть создано полюсом подковообразного магнита. Движущаяся ЭДС, индуцированная в диске, когда он движется через содержащую поле регион, действует в направлении , где скорость диска и магнитное поле. Следует Из рис. 37 видно, что ЭДС действует вниз. ЭДС управляет токами, которые также направлен вниз. Однако эти токи должны образовывать замкнутые контуры, и, следовательно, они направлены вверх в тех областях диска, которые непосредственно примыкают к в область, содержащую поле, как показано на рисунке.Видно, что индуцированные токи текут небольшими вихрями. Отсюда и название « вихревые токи ». Согласно правилу правой руки, нисходящие токи в поле, содержащем области вызывают магнитную силу на диске, которая действует вправо. Другими словами, магнитная сила препятствует вращению диска. Ясно, что над диском должна производиться внешняя работа, чтобы он вращающийся с постоянной угловой скоростью. Эта внешняя работа в конечном итоге рассеивается как тепло вихревыми токами, циркулирующими внутри диска.

Рисунок 37: Вихревые токи

Вихревые токи могут быть очень полезными. Например, некоторые плиты работают, используя вихревые токи. Кастрюли, которые обычно изготавливаются из алюминия, размещаются на пластинах, создающих колебательные магнитные поля. Эти поля вызывают вихревые токи в горшках, которые их нагревают. Затем тепло передается к еде внутри горшков. Этот тип плиты особенно полезен для пища, которую необходимо готовить постепенно в течение длительного периода времени: i.е. , г. в течение многих часов или даже дней. Вихревые токи также можно использовать для нагрева небольших кусочки металла, пока они не станут раскаленными добела, поместив их в очень быстро колеблющееся магнитное поле. Этот метод иногда используется при пайке. Нагревание проводников с помощью вихревых токов называется индукционным нагревом . Вихревые токи также можно использовать для гашения движения. Это техника, которая называется демпфирование вихревых токов , часто используется в гальванометрах.



следующий: Генератор переменного тока вверх: магнитная индукция Предыдущая: Motional Emf
Ричард Фицпатрик 2007-07-14

Eddy Current> Лаборатория поддержки лекций по физике и астрономии> USC Dana and David Dornsife College of Letters, Arts and Sciences

EM.5 (1) — Поворотная алюминиевая пластина


На плоской алюминиевой пластине размером примерно 5 см x 8 см есть прорези на ее длинной стороне посередине. Он имеет как маятник между полюсами сильного подковообразного магнита. Пластину можно установить стороной с прорезями на твердую сторону на магнитное поле. Когда сплошная сторона висит на магнитном поле, она не раскачивается — если отпустить ее с любой высоты, пластина быстро останавливается в области магнитного поля. Однако, если пластина перевернута, и эта сторона с прорезями находится в области магнитного поля, пластина свободно раскачивается через это поле.

Он демонстрирует принцип вихретокового тормоза и, наоборот, эффективность многослойных сердечников трансформатора для уменьшения вихревых токов.

Верх

EM.5 (2) — Вихретоковый двигатель

Пустая банка для безалкогольных напитков помещается на подставку вверх дном, чтобы она могла свободно вращаться. Затем он устанавливается рядом с электромагнитом, но не сбоку от него.Электромагнит — это большая индукционная катушка, подключенная к источнику переменного тока. Когда электромагнит находится под напряжением, банка вращается. Если банку переместить на другую сторону, она вращается в противоположном направлении.

Нажмите здесь, чтобы посмотреть видео этой демонстрации.

Верх

EM.5 (3) — Вихретоковый левитатор


Левитатор состоит из электромагнита, батареи конденсаторов и алюминиевой пластины.Он работает от источника переменного тока.

Электромагнит состоит из четырех концентрических катушек и многослойного железного сердечника. Четыре катушки намотаны одинаково и подключены к конденсаторной батарее, так что результирующая цепь представляет собой параллельный резонансный контур. Конденсатор достаточно большой, чтобы привести цепь в резонанс. Две катушки подключаются параллельно, а затем последовательно с конденсатором. Затем эта часть подключается параллельно с двумя другими катушками.Вертикальный анализ этой схемы показывает, что напряжение на катушках, соединенных последовательно с конденсатором, опережает приложенное напряжение примерно на 180 °.

Катушки и батареи конденсаторов соединены таким образом, что индуцированные магнитные поля имеют пространственное распределение, обеспечивающее необходимую стабильность алюминиевой пластины.

Полюсные наконечники многослойного железного сердечника периодически меняют свою полярность с переменным током в катушках. Это изменяющееся магнитное поле индуцирует сильные вихревые токи в алюминиевом поддоне, расположенном наверху электромагнита.Согласно закону Ленца, вихревые токи порождают противодействующие магнитные поля, и поддон постоянно подвергается действию направленной вверх силы в центральной области магнита.

Верх

EM.5 (4) — Закон Ленца


Алюминиевая трубка и прозрачная пластиковая трубка используются для демонстрации закона Ленца. Падающий пулевидный магнит индуцирует электрический ток в алюминиевой трубке, создавая противодействие магниту, заставляя его падать медленнее, чем другая пуля в пластиковой трубке при одновременном падении.

Размеры:

  • Высота: 91,5 см
  • Диаметр: 2,5 см


Верх

EM.5 (5) Маятник Вальтенхофена

Этот эксперимент демонстрирует вихретоковое торможение. Маятник, заканчивающийся диском, заставляют колебаться между полюсами электромагнита. Вихревые токи индуцируются в диске, когда он движется в неоднородном магнитном поле.Это поле оказывает на токи силу, препятствуя их движению и приводя к затуханию колебаний. Эффект уменьшается, когда сторона диска с прорезями проходит через поле, поскольку прорези затрудняют образование вихревых токов.

Примечание: эффект демпфирования может быть не очевиден при визуализации только одного случая. Затем необходимо отслеживать количество колебаний и сравнивать два случая (со щелями и без них).

Нажмите здесь, чтобы посмотреть видео этой демонстрации.

Верх

EM.5 (6) Вихретоковый слайд

На этой демонстрации показано влияние вихревых токов при скатывании магнита по различным пластинам. Это 5 пластин (медь, алюминий, латунь, сталь и пластик), смонтированные на плексигласовой конструкции с регулируемой подставкой.

Нажмите здесь, чтобы посмотреть видео этой демонстрации.

Верх

EM.5 (7) — Вихретоковый велосипедный тормоз

Вихретоковый тормоз, как и обычный фрикционный тормоз, представляет собой устройство, используемое для замедления или остановки движущегося объекта путем рассеивания его кинетической энергии в виде тепла.Однако, в отличие от электромеханических тормозов, в которых сила сопротивления, используемая для остановки движущегося объекта, обеспечивается трением между двумя прижатыми друг к другу поверхностями, сила сопротивления в вихретоковом тормозе представляет собой электромагнитную силу между магнитом и ближайшим проводящим объектом в относительное движение из-за вихревых токов, индуцированных в проводнике за счет электромагнитной индукции.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.