Obstajajo številni pojavi v elektriki, ki jih morajo strokovnjaki poznati. Čeprav niso vse informacije uporabne v vsakdanji praksi, bodo včasih pomagale razumeti vzrok težave. Vrtinčeni tokovi so služili kot razlog za nastanek nekaterih tehnoloških trikov pri izdelavi električnih strojev in so celo postali osnova za načelo delovanja nekaterih izumov. Poglejmo, kaj so Foucaultovi vrtinčni tokovi in kako nastanejo.
Vsebina:
- Kratka definicija
- Zgodovina odkritij
- Škoda zaradi vrtinčnega toka
- Kako zmanjšati izgube
- Uporaba v praksi
Kratka definicija
Vrtinčeni tokovi so tokovi, ki tečejo v prevodnikih pod vplivom izmeničnega magnetnega polja na njih. Polja ni treba spreminjati, telo se lahko giblje tudi v magnetnem polju, vseeno pa bo v njem začel teči tok.
Nemogoče je najti pravo trajektorijo gibanja tokov, da bi jih upoštevali, tok teče tam, kjer najde pot z najmanjšim uporom. Vrtinčeni tokovi vedno tečejo v zaprti zanki. Glavni pogoj za njegov nastanek je prisotnost predmeta v izmeničnem magnetnem polju ali njegovo gibanje glede na polje.
Zgodovina odkritij
Leta 1824 je znanstvenik D.F. Arago je izvajal poskus. Na eno os je namestil bakren disk, nad njo pa postavil magnetno iglo. Ko se je magnetna igla zavrtela, se je disk začel premikati. Tako je bil prvič opažen pojav vrtinčnih tokov. Disk se je začel vrteti zaradi dejstva, da se je zaradi pretoka tokov pojavilo magnetno polje, ki je delovalo s puščico. Takrat so ga poimenovali kot fenomen Arago.
Nekaj let kasneje M. Faraday, ki je odkril zakon elektromagnetne indukcije, je ta pojav razložil na ta način: premikajoče se magnetno polje inducira tok v disku (kot v zaprti zanki) in deluje s poljem puščice.
Zakaj je drugo ime Foucaultovi tokovi? Ker je fizik Foucault podrobno preučeval pojav vrtinčnih tokov. Med svojim raziskovanjem je naredil veliko odkritje. Sestavljen je bil v tem, da se telesa segrejejo pod vplivom vrtinčnih tokov. Ko je teorija urejena, bomo zdaj govorili o tem, kje se uporabljajo Foucaultovi tokovi in kateri povzročajo težave.
Spodnji videoposnetek ponuja podrobnejšo definicijo tega pojava:
Škoda zaradi vrtinčnega toka
Če ste razmišljali o zasnovi 50 Hz omrežnega transformatorja, ste verjetno opazili, da je jedro je sestavljeno iz tankih listov, čeprav se morda zdi, da je bilo lažje narediti trden odlitek oblikovanje.
Dejstvo je, da se tako obravnavajo vrtinčni tokovi. Foucault je ugotovil segrevanje teles, v katerih tečejo. Ker delovanje transformatorja temelji na načelih interakcije izmeničnih magnetnih polj, so vrtinčni tokovi neizogibni.
Vsako segrevanje teles je sproščanje energije v obliki toplote. V tem primeru pride do izgube jedra. Zakaj je nevarno? V električni napeljavi močno segrevanje vodi do uničenja izolacije navitij in okvare stroja. Vrtinčni tokovi so odvisni od magnetnih lastnosti jedra.
Kako zmanjšati izgube
Izgube energije v magnetnem vezju niso uporabne, kako se potem z njimi spopasti? Za zmanjšanje njihove velikosti se jedro pridobi iz tankih plošč električnega jekla - to je neke vrste preventivni ukrep za zmanjšanje parazitskih tokov. Takšne izgube so opisane s formulo, po kateri se lahko izvede izračun:
Kot veste: manjši kot je prerez prevodnika, večji je njegov upor in večji je njegov upor, manjši je tok. Plošče so med seboj izolirane z lestvico ali plastjo laka. Jedra velikih transformatorjev so potegnjena skupaj z izoliranim zatičem. To zmanjša izgubo jedra, t.j. to so glavni načini za zmanjšanje Foucaultovih tokov.
Kakšne so posledice vpliva tega pojava? Magnetno polje, ki izhaja iz toka Foucaultovih tokov, oslabi polje, zaradi katerega so nastali. To pomeni, da vrtinčni tokovi zmanjšajo moč elektromagnetov. Enako velja za zasnovo delov elektromotorja in generatorja: rotorja in statorja.
Uporaba v praksi
Zdaj o uporabnih področjih uporabe Foucaultovih tokov. Z izumom indukcijskih peči za izdelavo jekla je bil velik prispevek k metalurgiji. Zasnovani so tako, da je staljena masa kovine nameščena znotraj tuljave, skozi katero teče visokofrekvenčni tok. Njegovo magnetno polje inducira velike tokove znotraj kovine, dokler se popolnoma ne stopi.
Opomba avtorja! Razvoj indukcijskih peči je bistveno izboljšal okolju prijaznost proizvodnje kovin in spremenil koncept metod taljenja. Delam v metalurškem obratu, kjer je bila pred desetimi leti zagnana nova visokotehnološka delavnica s takšne inštalacije, nekaj let po razvoju nove opreme pa tudi klasična odprto ognjišče. To kaže na produktivnost te metode ogrevanja kovin. Za površinsko utrjevanje kovine se uporabljajo tudi vrtinčni tokovi.
Vizualna uporaba v praksi:
Poleg metalurgije se uporabljajo v proizvodnji električnih vakuumskih naprav. Težava je popolna evakuacija plinov pred zapiranjem bučke. S pomočjo Foucaultovih tokov se elektrode sijalke segrejejo na visoke temperature in tako deaktivirajo plin.
V vsakdanjem življenju lahko najdete indukcijske štedilnike, na katerih se kuha hrana, zahvaljujoč uporabi tega pojava. Kot lahko vidite, imajo vrtinčni tokovi svoje prednosti in slabosti.
Foucaultovi tokovi so dobri in slabi. V nekaterih primerih njihov vpliv ne vodi do električnih težav. Na primer, cevovod, položen v bližini kabelskih vodov, hitreje gnije brez očitnega razloga tretje osebe. Hkrati so se indukcijske grelne naprave izkazale za precej dobre, še posebej, ker lahko takšno napravo za domačo uporabo sestavite sami. Upamo, da zdaj veste, kaj so Foucaultovi vrtinčni tokovi, pa tudi kakšno uporabo so našli v proizvodnji in v vsakdanjem življenju.
Povezani materiali:
- Kako narediti indukcijski kotel z lastnimi rokami
- Odvisnost upora prevodnika od temperature
- Gimletovo pravilo s preprostimi besedami