их применение, определение в трансформаторе

Детали из металла у автомобиля или разнообразных электрических устройствах, имеют способность двигаться в магнитном поле и пересекаться с силовыми линиями. Благодаря этому образовывается самоиндукция. Предлагаем рассмотреть аномальные вихревые токи фуко, потоки воздуха, их определение, применение, влияние и как уменьшить потери на вихревые токи в трансформаторе.

Из закона Фарадея следует, что изменение магнитного потока производит индуцированное электрическое поле даже в пустом пространстве.

Если металлическая пластина вставляется в это пространство, индуцированное электрическое поле приводит к появлению электрического тока в металле. Эти индуцированные токи называются вихревые токи.

Фото: Вихревые токи

Токи Фуко – это потоки, индукция которых проводится в проводящих частях разнообразных электрических приборах и машинах, блуждающие токи Фуко особенно опасны для пропуска воды или газов, т.к. их направление невозможно контролировать в принципе.

Если индуцированные встречные токи создаются изменяющимся магнитным полем, то токи вихревые будут перпендикулярны к магнитному полю, и их движение будет производиться по кругу, если данное поле однородно. Эти индуцированные электрические поля очень сильно отличаются от электростатических электрических полей точечных зарядов.

Суть явления

Вихревые или токи фуко — это те, которые протекают из-за воздействия переменного магнитного поля. При этом изменяется не само поле, а проводниковое положение данного поля. То есть если будет происходить проводниковое перемещение статичного поля, то в нем все равно будет образовываться энергия.

Токи Фуко

Фуко возникают там, где изменяется переменное магнитное поля и фактически они ничем не отличаются от энергии, идущей по проводам, или вторичных электрических трансформаторных обмотков.

Определение из учебного пособия

Токи индукции в массивных проводниках

Поместим виток провода в переменное магнитное поле. Виток замкнут, при этом в цепи отсутствует гальванометр, который мог бы показать наличие тока индукции в нашем контуре. Но ток можно обнаружить, так как проводник будет нагреваться при прохождении по нему тока. Если, не изменяя остальные размеры витка, увеличить только толщину провода, из которого сделан контур, то ЭДС индукции ($\varepsilon_i\sim \frac{\Delta Ф}{\Delta t}$) не изменится, так как останется прежней скорость изменения магнитного потока. Однако уменьшится сопротивление витка ($R\sim \frac{1}{S}$). Как результат, сила тока индукции увеличится ($I_i$). Мощность, которая выделяется в контуре в виде тепла, прямо пропорциональна $I_i \varepsilon_i$, следовательно, температура проводника увеличится. И так, опыт показывает, что кусок металла при помещении его в магнитное поле нагревается, что указывает на возникновение индукционных токов в массивных проводниках при изменении магнитного потока. Такие токи называют вихревыми токами или токами Фуко.

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.

Нагревание как одно из свойств

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:

Как определить в трансформаторе

Узнать, где находятся вихревые токи в трансформаторе, несложно. Как правило, они располагаются в трансформаторных сердечниках. Когда замыкаются в сердечниках, то нагревают их и создают энергию. Поскольку появляются в плоскостях, которые перпендикулярны магнитному потоку по характеристике, происходит трансформаторное уменьшение сердечников.

Обратите внимание! Для их измерения используются изолированные стальные пластины.

Вам это будет интересно Автоматический выключатель АВВ 16А

Определение в трансформаторе

Вихри и скин-эффект

В том случае, когда возникают очень сильные вихревые токи (при высокочастотном токе), в телах плотность тока становится значительно меньше, чем на их поверхностях. Это так называемый скин эффект, его методы используются для создания специальных покрытий для проводов и в трубах, которые разрабатываются специально для вихре-токов и тестируются в экстремальных условиях.

Это доказал еще ученый Эккерт, который исследовали ЭДС и трансформаторные установки.

Схема индукционного нагрева

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.

Применение в проводниках

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.

Способы уменьшения блуждающих токов

Чтобы уменьшить блуждающие фуковые токи, нужно максимальным образом сделать увеличение сопротивления на токовом пути с помощью заполнения дистиллированной водой циркуляционной системы и встраивания изоляционных шлангов трубопроводов у теплового обменника и вентиля.

Стоит отметить, что нахождение их в электромашинах нежелательно из-за нагрева сердечников и создания энергопотери, поскольку по закону Леннца они размагничивают эти устройства. Чтобы уменьшить их вредное воздействие, используется несколько методов.

Так сердечники машин делают из стали и изолируют друг от друга при помощи лаковой пленки, окалины и прочих материалов. Благодаря этому они не распространяются. Кроме того, поперечный вид сечения на каждом отдельном проводнике уменьшает токовую силу.

В некоторых приборах в качестве сердечников используются катушки с отожженой железной проволокой. При этом полоски на них идут параллельно тем линиям, которые расположены на магнитном потоке.

Обратите внимание! Ограничение вихревой энергии происходит изолирующими прокладками, то есть жгуты состоят из отдельных жил, изолированных между собой.

Уменьшение токовой силы

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

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.

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.

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, 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 вследствие изменения во времени магнитного поля, в котором находится тело (
рис. 1
), либо вследствие движения тела в магнитном поле, приводящего к изменению магнитного потока через тело или какую-либо его часть (
рис. 2
). Величина В. т. тем больше, чем быстрее меняется магнитный поток.

В отличие от электрического тока в проводах, текущего по точно определённым путям, В. т. замыкаются непосредственно в проводящей массе, образуя вихреобразные контуры. Эти контуры тока взаимодействуют с породившим их магнитным потоком. Согласно Ленца правилу

, магнитное поле В. т. направлено так, чтобы противодействовать изменению магнитного потока, индуцирующего эти В. т.

В. т. приводят к неравномерному распределению магнитного потока по сечению магнитопровода

. Это объясняется тем, что в центре сечения магнитопровода намагничивающая сила В. т., направленная навстречу основному потоку, является наибольшей, так как эта часть сечения охватывается наибольшим числом контуров В. т. Такое «вытеснение» потока из середины сечения магнитопровода выражено тем резче, чем выше частота переменного тока и чем больше
магнитная проницаемость
ферромагнетика. При высоких частотах поток проходит лишь в тонком поверхностном слое сердечника. Это вызывает уменьшение кажущейся (средней по сечению) магнитной проницаемости. Явление вытеснения из ферромагнетика магнитного потока, изменяющегося с большой частотой, аналогично электрическому
скин-эффекту
и называемому магнитным скин-эффектом.

В соответствии с Джоуля — Ленца законом

В. т. нагревают проводники, в которых они возникли. Поэтому В. т. приводят к потерям энергии (потери на В. т.) в магнитопроводах (в сердечниках трансформаторов и катушек переменного тока, в магнитных цепях машин).

Для уменьшения потерь энергии на В. т. (и вредного нагрева магнитопроводов) и уменьшения эффекта «вытеснения» магнитного потока из ферромагнетиков магнитопроводы машин и аппаратов переменного тока делают не из сплошного куска ферромагнетика (электротехнической стали), а из отдельных пластин, изолированных друг от друга (например, специальным лаком). Такое деление на пластины, расположенные перпендикулярно направлению В. т., ограничивает возможные контуры путей В. т. (рис. 3

), что сильно уменьшает величину этих токов. При очень высоких частотах применение ферромагнетиков для магнитопроводов нецелесообразно; в этих случаях их делают из
магнитодиэлектриков
, в которых В. т. практически не возникают из-за очень большого сопротивления этих материалов.

При движении проводящего тела в магнитном поле индуцированные В. т. обусловливают заметное механическое взаимодействие тела с полем. На этом принципе основано, например, торможение подвижной системы в счётчиках электрической энергии, в которых алюминиевый диск вращается в поле постоянного магнита (рис. 2

). В машинах переменного тока с вращающимся полем сплошной металлический ротор увлекается полем из-за возникающих в нём В. т. Взаимодействие В. т. с переменным магнитным полем лежит в основе различных типов насосов для перекачки расплавленного металла.

К той же группе механических эффектов, вызванных В. т., относится выталкивание неферромагнитных металлических тел из поля катушки переменного тока.

В. т. возникают и в самом проводнике, по которому течёт переменный ток, что приводит к неравномерному распределению тока по сечению проводника. В моменты увеличения тока в проводнике индукционные В. т. направлены у поверхности проводника по первичному электрическому току, а у оси проводника — навстречу току (рис. 4

). В результате внутри проводника ток уменьшится, а у поверхности увеличится. Токи высокой частоты практически текут в тонком слое у поверхности проводника, внутри же проводника тока нет. Это явление называется электрическим скин-эффектом. Чтобы уменьшить потери энергии на В. т., провода большого сечения для переменного тока делают из отдельных жил, изолированных друг от друга.

В. т. применяются для плавки и поверхностной закалки металлов, а их силовое действие используется в успокоителях колебаний подвижных частей приборов и аппаратов, в индукционных тормозах (в которых массивный металлический диск вращается в поле электромагнитов) и т.п.

Лит.:

Нейман Л. Р., Калантаров П. Л., Теоретические основы электротехники, 5 изд., М., 1959.

Оглавление

Индукционный ток — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Индукционный ток

Cтраница 2

Индукционный ток всегда имеет такое направление, при котором его магнитное поле уменьшает ( компенсирует) изменение магнитного потока, являющееся причиной возникновения этого тока.  [16]

Индукционный ток, всегда имеет такое направление, что взаимодействие его с первичным магнитным полем противодействует тому движению, вследствие которого происходит индукция.  [18]

Индукционные токи, возникающие в массивных проводниках в переменном магнитном поле, называются токами Фуко. Иногда они играют полезную роль, а иногда вредную.  [19]

Индукционные токи, возникающие в массивных проводниках, называются токами Фуко. Замкнутые цепи таких токов образуются в толще самого проводника, поэтому эти токи имеют вихревой характер.  [20]

Индукционный ток, возникающий вследствие самоиндукции, по правилу Ленца противодействует изменению тока в цепи, замедляя его возрастание или убывание. Индуктивность контура является мерой его инерции по отношению к изменению тока.  [21]

Индукционные токи в сплошных проводниках называются вихревыми токами или токами Фуко. В толщах сплошных проводников возникает много замкнутых линий таких токов. Токи Фуко приводят к выделению большого количества теплоты за единичный промежуток времени, прямо пропорционального квадрату частоты изменения магнитного поля. В индукционных печах для нагревания применяются переменные токи высокой частоты.  [22]

Индукционные токи, появляющиеся в проводниках, возбуждаются именно этим полем. Оно называется вихревым, потому что в отличие от электростатического поля линии этого поля замкнуты.  [23]

Индукционные токи возбуждаются также в сплошных проводниках при изменении внутри них магнитного поля, например в сердечниках электромагнитов, — токи Фуко. В массивных хорошо проводящих телах индукционные токи Фуко при пропускании быст-ропеременного тока по обмотке достигают большой силы, следствием чего является выделение большого количества тепла.  [24]

Индукционные токи возникают не только в замкнутых проводниках, поперечные размеры которых малы по сравнению с их длиной, но и в массивных проводниках. Для возникновения этих токов в массивных проводниках последние не нужно включать в замкнутую электрическую цепь. Замкнутая цепь индукционного тока образуется в толще самого проводника.  [25]

Индукционные токи, возникающие в массивных проводниках при их движении в магнитном поле или под влиянием переменного магнитного поля, называются вихревыми токами, или токами Фуко.  [26]

Индукционный ток всегда имеет такое направление, при котором, его магнитное поле уменьшает ( компенсирует) изменение магнитного потока, являющееся причиной возникновения этого тока.  [27]

Индукционный ток / согласно правилу Ленца вызывает противодействующую движению силу Ампера — она будет направлена влево.  [28]

Индукционный ток, возникший в контуре, создает свой магнитный поток, препятствующий изменению того магнитного потока, который вызвал этот индукционный ток.  [29]

Индукционные токи

возникают не только в замкнутых проводниках, длина которых во много раз больше их поперечного сечения, но и в массивных проводниках. В толще металлического тела, помещенного в переменное магнитное поле, образуются замкнутые токи, называемые вихревыми индукционными токами, или токами Фуко. Эти токи могут достигать большой силы, так как сопротивление массивного проводника мало.  [30]

Страницы:      1    2    3    4

Токи Фуко (вихревые) и их применение

Электроника Токи Фуко (вихревые) и их применение

просмотров — 389

Индукционные токи возникают не только в линœейных контурах, но и в массивных проводниках. Токи, возникающие в массивных проводниках, называются токами Фуко или вихревыми. Пусть в переменном магнитном поле находится массивный проводник. В нем возникает вихревое электрическое поле, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ действует на носители тока и вызывает индукционный ток (вихревой). Плотность тока определяется формулой , где — напряженность вихревого электрического поля. Т.к. проводник обладает сопротивлением

R, то вихревые токи выделяют количество теплоты, определяемое законом Джоуля-Ленца . По этой причине проводник нагревается. Нагревание проводников токами Фуко применяют в индукционных металлургических печах для плавления металлов, а так же для приготовления особо чистых металлов и сплавов в вакууме. Небольшие индукционные печи используются в лабораторной практике для прокаливания металлов в вакууме и для других целœей.

По правилу Ленца, внутри проводника токи Фуко выбирают такие пути и направления, чтобы своим действием противиться причинœе, которая их вызывает. По этой причине движущиеся в сильном магнитном поле перпендикулярно силовым линиям проводники испытывают сильное торможение, обусловленное взаимодействием токов Фуко с магнитным полем. Это используют для демпфирования (успокоения) подвижных частей гальванометров, амперметров, сейсмографов и других приборов.

Сильное торможение проводников в магнитном поле можно рассмотреть на следующем примере.

Между полуосями магнита находятся подвижная алюминиевая пластинка. Плоскость пластинки перпендикулярна силовым линиям магнитного поля магнита на ось

ОО колебания, параллельные полю.

На рис.262 показана пластинка в момент входа в магнитное поле. В плоской пластинœе возникают токи Фуко направление, которых определяется правилом Ленца. Токи Фуко создают противодействующее полю магнита магнитное поле, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ тормозит движение пластины.

Рис.262	Рис.263

При выходе из магнитного поля токи Фуко направлены противоположно направлению токов при входе.

В некоторых случаях токи Фуко играют вредную роль. К примеру, в желœезных сердечниках трансформаторов и вращающихся частей электрических генераторов возникают токи Фуко, которые нагревают и уменьшают КПД этих устройств. По этой причине в качестве сердечников трансформаторов используют магнитомягкие ферромагнетики в виде тонких листов, разделœенных тончайшими слоями изолятора таким образом, чтобы изолирующие прослойки пересекали линии токов Фуко. Рассмотрим пример. Подвесим кубик, набранный из тонких металлических пластинок, но нити, поместим его между полюсами магнита и, закрутив предварительно нить, будем наблюдать вращение кубика при раскручивании нити (рис.263 а,б)

В случае если подвесить кубик в положении а, то изолирующие прослойки будут пересекать линии токов Фуко перпендикулярно (рис.263а). В этом случае токи Фуко возникают в пределах толщины каждой пластины и их действие очень слабо, и кубик будет свободно вращаться. В случае если кубик подвесить в положение б, то прослойки будут параллельны линиям токов Фуко (рис.263б) и они будут противодействовать движению кубика.

Рис.264

Токи Фуко возникают в проводнике, если по нему течет переменный ток. Переменный ток создает переменное магнитное поле, порождающее вихревое электрическое поле. По этой причине в проводнике возникают токи Фуко. В случае круглого цилиндрического проводника плоскости токов Фуко проходят через его ось. Направление этих токов определяется правилом Ленца. На рис.264 а показано направление токов Фуко при возрастании основного тока

I в проводнике, а на рис.264б – при его убывании. В обоих случаях токи Фуко направлены так, что противодействуют изменению основного тока внутри проводника и способствуют его изменению вблизи поверхности проводника. Для переменного тока сопротивление внутренних частей проводника больше поверхностного слоя. По этой причине плотность переменного тока неодинакова, ᴛ.ᴇ. вблизи поверхности плотного тока больше, чем середины проводника. Это явление получило название поверхностного эффекта или скин-эффекта. Высокочастотные переменные токи проходят только по очень тонкому поверхностному слою проводника. По этой причине для таких токов применяется полые проводники.

Вихревые токи (токи Фуко) — Студопедия

Индукционный ток возникает не только в линейных проводниках, но и в массивных сплошных проводниках, помещенных в 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 противодейст-вовать изменению магнитного потока, индуцирующего вихревые токи. Напри­мер, если между полюсами невключенного электромагнита массивный медный маятник совершает практически незатухающие колебания (рис. 51), 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.

Рис. 51

Вихревые токи вызывают нагревание проводников. Поэтому для уменьше­ния потерь на нагревание якоря генераторов сердечники трансформаторов де­лают не сплошными, а изготовляют из гонких пластин, отделенных одна от другой слоями изолятора, и устанавливают 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.52,а показано направление вихревых токов при возрастании первичного тока в про­воднике, а на рис.52,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 или поверхностного эффекта. Так как токи высо­кой частоты практически текут в тонком поверхностном слое, то провода для них делаются полыми.

>0 <0

а б

Рис. 52

Если сплошные проводники нагреть током 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.

Вихревые токи в массивных проводниках (продолжение Занятия 68) | Основы физики сжато и понятно

Для школьников.

Вследствие явления электромагнитной индукции индукционные токи возникают не только в проводах.

Они замыкаются (циркулируют) и внутри массивных проводников, поэтому называются вихревыми токами (или токами Фуко).

На рисунке а) пунктирной линией показано направление вихревого тока, возникающего при вращении цилиндра из проводникового материала в магнитном поле.

При вращении цилиндра его точки пересекают силовые линии магнитного поля, в результате чего в цилиндре наводится э.д.с. индукции.

На рисунке б) тоже пунктирными линиями показаны вихревые токи, возникающие в неподвижном проводниковом цилиндре, на который намотана катушка, по катушке течёт переменный ток.

В этом случае индукционные токи замыкаются в плоскостях, перпендикулярных оси катушки. Так как по катушке течёт переменный ток, то и вихревые токи в цилиндре являются переменными.

Появление индукционных токов в толще проводников приводит к потере энергии в виде тепла — проводник нагревается.

В массивных проводниках из — за их малого сопротивления вихревые токи особенно велики. Поясним это следующим рисунком.

На рисунке а) показан проволочный виток, помещённый в изменяющееся магнитное поле.

Судить о существовании индукционного тока в витке можно по его нагреванию. Чем больше величина индукционного тока, возникающего в витке, тем сильнее он нагревается.

На следующих рисунках показаны витки, внешние размеры которых одинаковы, но уменьшается сопротивление витков из — за увеличения их толщины.

Так, на рис. б) виток сделан из более толстой проволоки, чем на рис. а).

На рис. в) проволочный проводник заменён металлической пластинкой с небольшим отверстием посередине, а на рис. г) виток заменён сплошной металлической пластинкой.

Так как внешние размеры витков одинаковы, то одинаково и изменение магнитного потока через эти витки.

Но так как сопротивление витков уменьшается, то увеличивается э.д.с. индукции, возникающая в них, то есть увеличивается величина индукционного тока и, следовательно, увеличивается количество выделяемого тепла.

Массивные проводники нагреваются довольно сильно.

Направление и сила вихревых токов зависит от формы куска металла, от направления изменяющегося магнитного потока, от свойств материала. Распределение вихревых токов может быть очень сложным.

Например, если катушку намотать на массивный металлический сердечник и пропустить по ней переменный ток, то из-за возникающих в сердечнике индукционных токов он сильно нагреется.

Если же сердечник сделать из отдельных изолированных друг от друга проволок, то его сопротивление для вихревых токов возрастёт и его нагревание уменьшится.

Поэтому для уменьшения потерь энергии на вихревые токи детали электрических машин делают не сплошными, а составленными из ферромагнитных листов, изолированных друг от друга.

На рисунке пунктирными линиями показаны вихревые токи, вынужденные замыкаться в каждом отдельном листе детали, в результате чего величины вихревых токов и потери энергии в детали резко уменьшаются.

Вихревые токи, как и любые индукционные токи, подчиняются правилу Ленца. Это можно проверить с помощью следующего опыта.

Свободно подвешенная магнитная стрелка установится по магнитному меридиану. Если её вывести из состояния равновесия, то она будет довольно долго колебаться около этого положения.

Поместим теперь под стрелкой массивную медную пластинку. Затухание колебаний стрелки происходит значительно быстрее, так как в пластинке возникают вихревые токи, которые по правилу Ленца направлены так, что их взаимодействие с первичным магнитным полем (полем стрелки) тормозят движение магнитной стрелки.

Запас кинетической энергии, которая была сообщена магнитной стрелке, превращается вихревыми токами во внутреннюю энергию пластинки, вызывая её нагревание.

Приведём другой подобный пример.

Массивный маятник качается вокруг оси ОО между полюсами сильного электромагнита, то есть в магнитном поле, создаваемым переменным током, проходящим через катушки 2 электромагнита.

Пока тока в катушках 2 нет, маятник, выведенный из состояния равновесия, совершает до остановки довольно много колебаний.

Если же включить ток, то маятник, дойдя до пространства между полюсами магнита, резко тормозится и сразу останавливается.

Такое «магнитное успокоение» применяется во многих электроизмерительных приборах.

Здесь индукционный ток играет полезную роль, как и в индукционных печах, где под действием индукционных вихревых токов массивные проводники раскаляются до такой температуры, что из них при прессовании можно получать нужные детали.

Таким образом, э.д.с. индукции (индукционный ток) возникает в проводнике в любом случае, когда имеет место изменение магнитного потока через замкнутый контур или через площадь, описываемую проводником при движении.

К.В. Рулёва

Подписывайтесь на канал. Ставьте лайки. Пишите комментарии. Сообщите друзьям о существовании этого канала.

Предыдущая запись:Занятие 68. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея. Правило Ленца.

Следующая запись: Возникновение ЭДС индукции в движущихся проводниках.

Ссылки на занятия до электростатики даны в Занятии 1.

Ссылки на занятия (статьи), начиная с электростатики, даны в конце Занятия 45.

Ссылки на занятия (статьи), начиная с теплового действия тока, даны в конце Занятия 58.

42

§ 125.  Вихревые токи (токи Фуко)

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, индуциру­ющего 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

 

 

 

197

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.

 

Токи фуко — справочник студента

Каждый человек, который изучает электродинамику и другие разделы науки об электричестве, сталкивается с таким понятием, как вихревые токи. Что это такое, какие есть свойства вихревых токов, как определить их в трансформаторе? Об этом и другом далее.

Суть явления

Вихревые или токи фуко — это те, которые протекают из-за воздействия переменного магнитного поля. При этом изменяется не само поле, а проводниковое положение данного поля. То есть если будет происходить проводниковое перемещение статичного поля, то в нем все равно будет образовываться энергия.

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!

Токи Фуко

Фуко возникают там, где изменяется переменное магнитное поля и фактически они ничем не отличаются от энергии, идущей по проводам, или вторичных электрических трансформаторных обмотков.

Определение из учебного пособия

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.

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!

Нагревание как одно из свойств

Полезное и вредное действие

Имеют токи фуко полезное и вредное действие. Они нагревают и плавят металлы в области вакуума и демпфера, но в то же время происходят энергопотери в области трансформаторных сердечников и генераторов из-за того, что выделяется большое количество тепла.

Полезное действие индукционных токов

Как определить в трансформаторе

Узнать, где находятся вихревые токи в трансформаторе, несложно. Как правило, они располагаются в трансформаторных сердечниках. Когда замыкаются в сердечниках, то нагревают их и создают энергию. Поскольку появляются в плоскостях, которые перпендикулярны магнитному потоку по характеристике, происходит трансформаторное уменьшение сердечников.

Определение в трансформаторе

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.

Применение в проводниках

Способы уменьшения блуждающих токов

Чтобы уменьшить блуждающие фуковые токи, нужно максимальным образом сделать увеличение сопротивления на токовом пути с помощью заполнения дистиллированной водой циркуляционной системы и встраивания изоляционных шлангов трубопроводов у теплового обменника и вентиля.

Стоит отметить, что нахождение их в электромашинах нежелательно из-за нагрева сердечников и создания энергопотери, поскольку по закону Леннца они размагничивают эти устройства. Чтобы уменьшить их вредное воздействие, используется несколько методов.

Так сердечники машин делают из стали и изолируют друг от друга при помощи лаковой пленки, окалины и прочих материалов. Благодаря этому они не распространяются. Кроме того, поперечный вид сечения на каждом отдельном проводнике уменьшает токовую силу.

В некоторых приборах в качестве сердечников используются катушки с отожженой железной проволокой. При этом полоски на них идут параллельно тем линиям, которые расположены на магнитном потоке.

Обратите внимание! Ограничение вихревой энергии происходит изолирующими прокладками, то есть жгуты состоят из отдельных жил, изолированных между собой.

Уменьшение токовой силы

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.

Проблемы, вызванные индукционными токами

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.

Источник: https://rusenergetics.ru/ustroistvo/toki-fuko

Вихревые токи Фуко: причины возникновения и применение

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:

  Как провести проводку в доме из СИП-панелей?

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.

  Уникальный дом в виде сапога

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.

Источник: https://www.remontostroitel.ru/vihrevye-toki-fuko-prichiny-vozniknoveniya-i-primenenie.html

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.

Источник: https://pue8.ru/elektrotekhnik/592-vikhrevye-toki.html

Вихревые токи Фуко

В некоторых случаях движение металлических деталей в электрических машинах и устройствах происходит через магнитные поля.

В других ситуациях возможны пересечения неподвижных металлических элементов с силовыми линиями магнитного поля, изменяющегося по величине. В результате, внутри металлических деталей происходит индуктирование ЭДС самоиндукции.

Под влиянием ЭДС в них образуются вихревые токи Фуко, замыкающиеся в массе и вызывающие образование вихревых токовых контуров.

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.

Как уменьшить действие токов Фуко

Действие вихревых токов необходимо снизить, поскольку мощности, бесполезно расходуемые для нагрева сердечника, приводят к снижению КПД электромагнитных устройств.

С целью уменьшения этой мощности, в магнитопроводе необходимо увеличить сопротивление. Поэтому для набора сердечников используются отдельные тонкие пластины, толщиной от 0,1 до 0,5 мм.

Изоляция пластин между собой осуществляется специальными лаками или окалиной.

Короткое замыкание: формула для расчета

Набор магнитопроводов для всей аппаратуры переменного тока и сердечников для устройств постоянного тока также осуществляется из пластин, изолированных между собой. Для их изготовления применяется штампованная листовая электротехническая сталь. Плоскости пластин размещаются параллельно с направлением магнитного потока. Таким образом, сечение сердечника оказывается разделенным, что приводит к ослаблению и уменьшению магнитных потоков. Соответственно, наблюдается снижение ЭДС, индуктируемых этими потоками. Именно они способствуют появлению вихревых токов. Практикуется ввод в материал сердечника специальных добавок, способствующих росту его электрического сопротивления.

В некоторых конструкциях катушек для набора сердечников используется отожженная железная проволока. Расположение железных полосок осуществляется параллельно с линиями магнитного потока.

Ограничение вихревых токов, протекающих в перпендикулярных плоскостях с магнитным потоком, выполняется с помощью изолирующих прокладок.

Снижение токов Фуко в проводах происходит следующим образом: в состав жгутов входят отдельные жилы, изолированные между собой.

Использование вихревых токов

Несмотря на большое количество отрицательных моментов, токи Фуко нашли свое применение в различных областях. Например, они успешно используются в электрических счетчиках как магнитный тормоз диска.

Токи Фуко применяются во многих технологических операциях, связанных с токами высокой частоты. Без них не обходится изготовление вакуумных устройств и приборов, где требуется тщательная откачка воздуха и газов.

Металлическая арматура, помещенная внутрь баллона, содержит остатки газа, удаляющиеся только после заваривания колбы. Полное удаление газов производится высокочастотным генератором, в поле которого помещается прибор.

Источник: https://electric-220.ru/news/vikhrevye_toki_fuko/2016-06-13-975

Исследование токов Фуко

Исследование токов Фуко ( Сорокин Антон, МОУ СОШ № 11 г. Ейска, Краснодарский край. Руководитель: Семке А.И.)

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.

Под действием этих ЭДС в массе металлической детали протекают вихревые токи (токи Фуко), которые замыкаются в массе, образуя вихревые контуры токов. Вихревые токи порождают свои собственные магнитные потоки, которые, по правилу Ленца, противодействуют магнитному потоку катушки и ослабляют его. Кроме того, они вызывают нагрев сердечника, что является бесполезной тратой энергии.

• Объект исследования: электрические токи в сплошных средах
• Предмет исследования: эффекты, возникающие при порождении токов Фуко
• Цель работы: Исследовать эффекты, возникающие при порождении токов Фуко в сплошных средах
• Задачи исследования:

1. Изучить имеющиеся информационные, научные и электронные источники информации по данной теме исследования.

2. Изготовить физический маятник.

3. Провести измерения силы сопротивления при колебаниях физического маятника в обычных условиях и при возникновении токов Фуко.

Гипотеза исследования: энергия магнитного поля, порождаемого токами Фуко, зависит от толщины медных пластин

Результаты исследования. В ходе проведенного исследования мы обнаружили, что число затухающих колебаний зависит от значения тока Фуко и магнитного поля, его порождающего.

При увеличении толщины медных пластин число колебаний уменьшается. При толщине медных пластин равной 6 мм число колебаний стало равным 1.

Результаты данного исследования, возможно, использовать для проектирования тормозных устройств подъемных кранов, эскалаторов, вагонеток в промышленности и транспорте.

Энергия магнитного поля, порождаемого токами Фуко, зависит от толщины медных пластин. С увеличением числа медных пластин, а, следовательно, толщины меди, энергия магнитного поля, порождаемого токами Фуко, увеличилась.

Cиловое действие токов Фуко можно использовать в успокоителях колебаний подвижных частей приборов и аппаратов, в индукционных тормозах (в которых массивный металлический диск вращается в поле электромагнитов).

См. также

Учебное оборудование, производимое и поставляемое ЗАО «Крисмас+» для исследования физических и физико-химических параметров состояния окружающей среды

Путеводитель по выбору оборудования для учебно-исследовательских работ

Источник: https://u-center.info/libraryschoolboy/researchphysical/toki-fuko

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.

В отличие от электрического тока в проводах, текущего по точно определённым путям, Вихревые токи замыкаются непосредственно в проводящей массе, образуя вихреобразные контуры.

Эти контуры тока взаимодействуют с породившим их магнитным потоком.

Согласно правилу Ленца, магнитное поле вихревых токов направлено так, чтобы противодействовать изменению магнитного потока, индуцирующего эти вихревые токи.

Если медную пластину отклонить от положения равновесия и отпустить так, чтобы она вошла со скоростью ? в пространство между полосами магнита, то пластина практически остановится в момент ее вхождения в магнитное поле

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.

Вихревые токи приводят к неравномерному распределению магнитного потока по сечению магнитопровода.

Это объясняется тем, что в центре сечения магнитопровода намагничивающая сила вихревых токов, направленная навстречу основному потоку, является наибольшей, так как эта часть сечения охватывается наибольшим числом контуров вихревых токов.

Такое «вытеснение» потока из середины сечения магнитопровода выражено тем резче, чем выше частота переменного тока и чем больше Магнитная проницаемость ферромагнетика. При высоких частотах поток проходит лишь в тонком поверхностном слое сердечника.

Это вызывает уменьшение кажущейся (средней по сечению) магнитной проницаемости. Явление вытеснения из ферромагнетика магнитного потока, изменяющегося с большой частотой, аналогично электрическому Скин-эффекту и называемому магнитным скин-эффектом.

В соответствии с законом Джоуля — Ленца вихревые токи нагревают проводники, в которых они возникли. Поэтому вихревые токи приводят к потерям энергии (потери на вихревые токи) в магнитопроводах (в сердечниках трансформаторов и катушек переменного тока, в магнитных цепях машин).

Для уменьшения потерь энергии на вихревые токи (и вредного нагрева магнитопроводов) и уменьшения эффекта «вытеснения» магнитного потока из ферромагнетиков магнитопроводы машин и аппаратов переменного тока делают не из сплошного куска ферромагнетика (электротехнической стали), а из отдельных пластин, изолированных друг от друга.

Такое деление на пластины, расположенные перпендикулярно направлению вихревых токов, ограничивает возможные контуры путей вихревого тока, что сильно уменьшает величину этих токов.

При очень высоких частотах применение ферромагнетиков для магнитопроводов нецелесообразно; в этих случаях их делают из магнитодиэлектриков, в которых вихревые токи практически не возникают из-за очень большого сопротивления этих материалов.

При движении проводящего тела в магнитном поле индуцированные вихревые токи обусловливают заметное механическое взаимодействие тела с полем.

На этом принципе основано, например, торможение подвижной системы в счётчиках электрической энергии, в которых алюминиевый диск вращается в поле постоянного магнита.

В машинах переменного тока с вращающимся полем сплошной металлический ротор увлекается полем из-за возникающих в нём вихревых токов. Взаимодействие вихревого тока с переменным магнитным полем лежит в основе различных типов насосов для перекачки расплавленного металла.

Вихревые токи возникают и в самом проводнике, по которому течёт переменный ток, что приводит к неравномерному распределению тока по сечению проводника. В моменты увеличения тока в проводнике индукционные вихревые токи направлены у поверхности проводника по первичному электрическому току, а у оси проводника — навстречу току.

В результате внутри проводника ток уменьшится, а у поверхности увеличится. Токи высокой частоты практически текут в тонком слое у поверхности проводника, внутри же проводника тока нет. Это явление называется электрическим скин-эффектом.

Чтобы уменьшить потери энергии на вихревые токи, провода большого сечения для переменного тока делают из отдельных жил, изолированных друг от друга.

Вихревые токи применяются для пайки, плавки и поверхностной закалки металлов, а их силовое действие используется в успокоителях колебаний подвижных частей приборов и аппаратов, в индукционных тормозах (в которых массивный металлический диск вращается в поле электромагнитов) и т. п.

Применение токов Фуко

Полезное применение вихревые токи нашли в устройстве магнитного тормоза диска электрического счетчика. Вращаясь, диск пересекает магнитные силовые линии постоянного магнита. В плоскости диска возникают вихревые токи, которые, в свою очередь, создают свои магнитные потоки в виде трубочек вокруг вихревого тока. Взаимодействуя с основным полем магнита, эти потоки тормозят диск.

В ряде случаев, применяя вихревые токи, можно использовать технологические операции, которые невозможно применить без токов высокой частоты. Например, при изготовления вакуумных приборов и устройств из баллона необходимо тщательно откачать воздух и иные газы.

Однако в металлической арматуре, находящейся внутри баллона, имеются остатки газа, которые можно удалить только после заваривания баллона.

Для полного обезгаживания арматуры вакуумный прибор помещают в поле высокочастотного генератора, в результате действия вихревых токов арматура нагревается до сотен градусов, остатки газа при этом нейтрализуются.

Вихревые токи находят полезное применение также при индукционной плавке металлов и поверхностной закалке токами высокой частоты.

Источник: https://www.radioingener.ru/toki-fuko/

Токи Фуко — понятие и применение на практике

Взаимодействие электромагнитного поля с проводниками образует вихревые токи. Это явление способно выполнять полезные и вредные функции.

В определенных ситуациях энергия затрачивается попусту либо ухудшает работоспособность трансформаторов и линий электропередачи.

Однако правильное применение базовых принципов данного эффекта позволяет бесконтактным образом исследовать состав материалов, решать другие практические задачи.

В индукционных варочных панелях токи Фуко разогревают посуду с экономичным потреблением электроэнергии

Открытие вихревых токов

По историческим данным, впервые это явление обнаружил в начале 19 века французский исследователь Д. Араго. Специалистам известен его наглядный опыт. Вращение намагниченной стрелкой приводит в движение тонкий диск из меди, расположенный на небольшом расстоянии сверху.

Природу явления раскрыл М. Фарадей, объяснивший представленный простой пример перемещения взаимодействием поля и образованных в проводнике токов. Они получили специфическое название по фамилии ученого.

Фуко обнаружил нагрев тел при достаточно сильном энергетическом потенциале источника переменного тока.

Природа вихревых токов

Трансформатор — виды и применение

Образование ЭДС в проводниках при воздействии изменяющегося магнитного потока называют индукцией. На принципах этого явления функционируют электродвигатели, генераторы, катушки фильтров и колебательных контуров.

Что это такое токи Фуко, показано на рисунке

При определенном расположении источника переменного поля и проводника приходится учитывать отмеченные выше эффекты. При необходимости в контрольных точках можно измерить определенное напряжение. Важные особенности:

• с учетом неравномерного распределения электрической проводимости затруднено точное определение траектории токов;
• они будут возникать при перемещении пластины относительно постоянного магнита;
• линии образуют замкнутые контуры в толще образца;
• они расположены перпендикулярно вектору магнитного потока.

Практическое применение вихревых токов

Применение и эксплуатация элегазовых выключателей

Прохождение сильного тока повышает энергетический потенциал молекулярной решетки, что сопровождается нагревом.

Это явление объясняет возможность использования соответствующей технологии для бесконтактного повышения температуры проводящих материалов.

Если приводить пример с индукционной варочной панелью, можно подчеркнуть следующие плюсы:

• образование тепла в глубине дна посуды обеспечивает эффективный нагрев рабочей зоны;
• температура на поверхности панели не повышается чрезмерно;
• тепловое воздействие на продукты выполняется быстрее, по сравнению с аналогами (спиральные ТЭНы, газовые плиты).

Привести пример на основе опыта с вращением диска несложно. Этот же принцип реализован в конструкции электромеханического счетчика потребленной энергии. В данном случае вращение рабочего узла обеспечивается наведенными токами. Ускорение/ замедление соответствует изменению мощности в нагрузке.

При увеличении тока можно нагреть металлы (сплавы) до температуры плавления

При тщательном изучении тематических вопросов можно найти определенные минусы. Электромагнитный поток в цельном сердечнике трансформатора способен увеличить энергетические потери. По этой причине соответствующие детали создают из комплекта пластин, покрытых слоем диэлектрика. Эти элементы соединяют изолированным стержнем.

Вихри и скин-эффект

Что является источником магнитного поля

При определенном расположении рабочего тела и генератора электромагнитных волн токи на поверхности становятся сильнее, чем в глубине. Эту особенность (скин эффект) учитывают при создании специальных покрытий.

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

Интересно. Взаимное воздействие оказывают магнитные поля, созданные катушкой и вихревыми процессами.

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.

Полезное и негативное воздействие

Почему явление может применяться для решения практических задач, показано выше на конкретных примерах. Однако следует помнить о потерях, которые способны провоцировать вихревые токи. Для исключения ошибок необходимо тщательно проверять конструкторский расчет. Обязательно нужно оценить степень влияния переменного магнитного поля на проводящие материалы.

Видео

Источник: https://amperof.ru/teoriya/toki-fuko-ponyatie-primenenie.html

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

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

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

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

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

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

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!

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5aef12c13dceb76be76f1bb1/5c7a80b99aa57f00b340551f

Что такое вихретоковый? — MVOrganizing

Что такое вихретоковый?

Вихревые токи — это токи, которые циркулируют в проводниках, как вихри в потоке. Они индуцируются изменением магнитных полей и течением в замкнутых контурах, перпендикулярных плоскости магнитного поля. Как и любой ток, протекающий по проводнику, вихревой ток создает собственное магнитное поле.

Трансформатор работает на вихревых токах?

Вихревые токи протекают в замкнутых контурах внутри проводников в плоскостях, перпендикулярных магнитному полю.Они могут быть индуцированы в соседних неподвижных проводниках изменяющимся во времени магнитным полем, создаваемым, например, электромагнитом переменного тока или трансформатором, или относительным движением между магнитом и ближайшим проводником.

Что такое вихретоковые потери и потери на вихревые токи?

Эти циркулирующие токи называются вихревыми токами. Они возникают, когда проводник испытывает изменяющееся магнитное поле. Поскольку эти токи не отвечают за выполнение какой-либо полезной работы, они вызывают потери (потери I2R) в магнитном материале, известные как потери на вихревые токи.

Как трансформаторы уменьшают вихревые токи?

Как известно, на поверхности возникают вихревые токи. Таким образом, за счет уменьшения поверхности или использования тонких ламинированных листов в сердечнике уменьшаются вихревые токи. ДА, его можно уменьшить, используя проводник в многослойной форме, чтобы он не сохранялся в течение длительного времени. за счет ламинирования сердечника вихревые токи уменьшаются.

В чем преимущество вихревых токов?

Преимущества вихретокового контроля: Чувствительность к поверхностным дефектам.Способен обнаруживать дефекты длиной 0,5 мм при благоприятных условиях. Может обнаруживать через несколько слоев.

Что такое формула потерь на вихревые токи?

Таким образом, потери на вихревые токи на единицу объема равны; Пропорционально квадрату частоты. Пропорционально квадрату плотности потока. Пропорционально квадрату толщины ламинированного листа. Обратно пропорционально удельному сопротивлению материала.

Зависит ли потеря от вихревых токов от частоты?

Таким образом, мы обнаруживаем, что потери на вихревые токи на единицу объема материала напрямую зависят от квадрата частоты, плотности потока и толщины пластины.Также оно обратно пропорционально удельному сопротивлению материала. Сердцевина материала состоит из тонких пластин, называемых пластинами.

В чем разница между гистерезисом и потерями на вихревые токи?

Наиболее существенное различие между потерями на вихревые токи и гистерезисными потерями состоит в том, что потери на вихревые токи возникают из-за относительного движения между проводником и магнитным полем. В то время как потеря гистерезиса происходит из-за инверсии магнетизма.

Что вызывает потери на вихревые токи?

Потери на вихревые токи являются результатом закона Фаради, который гласит: «Любое изменение окружающей среды в катушке с проволокой вызовет в катушке напряжение, независимо от того, как происходит магнитное изменение». Таким образом, когда сердечник двигателя вращается в магнитном поле, в катушках индуцируется напряжение или ЭДС.

В чем разница между наведенным током и вихревым током?

Основное различие между вихревым током и индуцированным током состоит в том, что индуцированный ток относится к токам, протекающим в катушках проводов в замкнутой цепи, тогда как вихревые токи относятся к петлям токов, протекающих внутри частей более крупных проводников из-за электромагнитной индукции.

Опасен ли вихретоковый ток?

Хорошо известно, что быстро меняющиеся магнитные поля могут генерировать опасные вихревые токи в организме человека. Более высокая продолжительность и градиент магнитного поля могут вызвать потенциально опасную для жизни стимуляцию сердца.

Почему вихревой ток называется вихревым?

Вихревые токи названы так, потому что они выглядят как водовороты или водовороты. Когда проводник помещается в изменяющееся магнитное поле, индуцированный ток в проводнике называется вихревыми токами.

Что такое вихретоковый режим с двумя приложениями вихретокового воздействия?

(2) -Индукционный двигатель, вихревые токи могут использоваться для вращения ротора. Когда металлический цилиндр (или ротор) помещается во вращающееся магнитное поле, в нем возникают вихревые токи. Согласно закону Ленца, эти токи имеют тенденцию сводиться к относительному движению между цилиндром и полем.

В чем заключается принцип закона Фарадея?

Он утверждает, что индуцированное напряжение в цепи пропорционально скорости изменения во времени магнитного потока, проходящего через эту цепь.Другими словами, чем быстрее изменяется магнитное поле, тем больше будет напряжение в цепи.

Почему закон Ленца важен?

Закон Ленца — важное понятие в электромагнетизме. Он утверждает, что когда напряжение создается изменением магнитного потока, индуцированное напряжение должно создавать ток, магнитное поле которого противоположно изменению, которое его вызывает.

Что такое закон Ленца простыми словами?

Определение. Закон Ленца гласит, что ток, индуцируемый в цепи из-за изменения магнитного поля, направлен, чтобы противодействовать изменению магнитного потока и оказывать механическую силу, которая противодействует движению.В результате встречные токи будут отталкиваться друг от друга.

течений, круговоротов и вихрей — Океанографическое учреждение Вудс-Хоул

Что такое течения, круговороты и вихри?

Даже в самые спокойные дни океаны Земли постоянно находятся в движении. На поверхности и под землей течения, водовороты и водовороты играют решающую роль в физическом формировании побережья и дна океана; в транспортировке и смешивании энергии, химикатов и других материалов в океанских бассейнах и между ними; и в поддержании бесчисленных растений и животных, жизнь которых зависит от океанов, включая людей.

Эти элементы являются важными компонентами глобальной океанической циркуляции Земли, которые перемещают воду в основном горизонтально. Их воздействие также может распространяться на многие мили, в некоторых местах достигая дна океана.

Течения представляют собой связанные потоки воды, движущиеся через океан, и включают как протяженные, постоянные объекты, такие как Гольфстрим, так и более мелкие эпизодические потоки как в прибрежных водах, так и в открытом океане. Они формируются в основном ветром, дующим через поверхность океана, и различиями в температуре, плотности и давлении воды и управляются вращением Земли, а также расположением континентов и топографией дна океана.

Круговорот — это спиралевидные круги диаметром в тысячи миль, окруженные большими постоянными океанскими течениями.

Вихри — это временные петли закрученной воды меньшего размера, которые могут перемещаться на большие расстояния, прежде чем рассеяться.

Ветер, течения и Кориолис

Ветер — это основная сила, которая создает и перемещает поверхностные токи; Вращение Земли играет важную роль в управлении движением воды.Устойчивые субтропические системы высокого давления с центром примерно на 30 градусах северной и южной широты создают модели сильных ветров, известных как торговые и западные ветры. Трение между воздухом и водой приводит в движение морскую поверхность. Когда этот самый верхний слой воды движется, он тянет воду непосредственно под собой, что, в свою очередь, тянет за собой слой воды под ним, создавая начало океанического течения.

Однако результирующее движение не соответствует ветру. Вращение Земли вызывает видимую силу, известную как эффект Кориолиса, которая отклоняет прямолинейное движение по поверхности примерно на 45 градусов вправо в Северном полушарии и на 45 градусов влево в Южном полушарии.Кроме того, каждый последующий слой воды слегка отклоняется от движения предыдущего, как разложенная колода карт. Это формирует явление, называемое спиралью Экмана, которое впервые было описано шведским математиком Вагном Вальфридом Экманом в 1905 году, но только в конце 1980-х группа из WHOI впервые наблюдала его в открытом океане.

кругов

Чистое ветровое движение воды, известное как транспорт Экмана, создает в каждом океаническом бассейне выпуклость, которая на целых три фута (один метр) выше среднего глобального уровня моря.Сила тяжести, притягивающая эту большую массу воды, создает градиент давления, аналогичный градиенту давления в системе с высоким атмосферным давлением, что, в свою очередь, приводит к стабильной вращающейся массе воды.

Пять постоянных субтропических круговоротов можно найти в основных океанских бассейнах — по два в Атлантическом и Тихом океанах и один в Индийском океане, вращающихся по часовой стрелке в Северном полушарии и против часовой стрелки в Южном. Меньшие круговороты против часовой стрелки с центром примерно на 60 градусах северной широты создаются преобладающими ветрами вокруг постоянных субарктических систем низкого давления.Другой субполярный круговорот, единственный из которых сосредоточен на суше, окружает Антарктиду, движимый почти постоянными западными ветрами, которые дуют над Южным океаном, не встречая препятствий с суши.

Граничные токи

Субтропические круговороты окружены четырьмя связанными течениями: двумя пограничными течениями, ориентированными примерно с севера на юг на их восточных и западных краях, и двумя потоками с востока на запад на северной и южной сторонах круговорота. Расположение суши Земли и вращение планеты приводят к тому, что граничные течения становятся самыми узкими и самыми глубокими на западном краю субтропических круговоротов.Западные пограничные течения также являются одними из самых быстрых океанских течений без приливов на Земле, они достигают скорости более пяти миль в час (2,5 метра в секунду) и в 100 раз превышают суммарный поток мировых рек. Эти течения включают Гольфстрим в Северной Атлантике, Куросио в северной части Тихого океана и Агульяс в Индийском океане.

По мере того, как эти теплые западные пограничные течения замедляются и расширяются, они поворачивают на восток, образуя самые полярные течения связанного с ними круговорота.На севере они также действуют как южная граница субполярных круговоротов, обеспечивая водообмен между субтропиками и Арктикой. На юге Антарктическое циркумполярное течение аналогичным образом соединяется с южными субтропическими круговоротами.

Более холодные восточные пограничные течения, текущие из высоких широт к экватору, являются самыми медленными и наиболее диффузными потоками вокруг круговорота. Достигнув экватора, они поворачивают на запад и набирают скорость, движимые пассатом и жарой тропического солнца.

Эдди

Вихри относительно небольшие, содержат карманы движущейся воды, которые отрываются от основной части течения и перемещаются независимо от своего родителя. Они могут образовываться практически в любой части течения, но особенно ярко выражены в западных пограничных течениях.

Как только быстро движущиеся потоки покидают ограничивающее влияние суши, они становятся нестабильными и, как пожарный шланг, которого никто не держит, начинают извиваться и изгибаться. Если течение становится настолько сильно изогнутым, что удваивается, эта часть потока может «защемить» и отделиться от основного течения, как изгиб старицы в реке.Эти закрученные элементы могут принимать форму вихрей с теплым ядром (массы теплой воды, переходящие в более холодные океанские воды) или холодного ядра (массы холодной воды в теплой) и могут перемещаться в течение нескольких месяцев через сотни или тысячи миль открытого океана.

Вихри также образуются посреди океана, вдали от пограничных течений. Их генезис является результатом процесса нестабильности, в котором крупномасштабные средние потоки постоянно распадаются на более мелкие элементы. Атмосфера ведет себя примерно так же: энергия вкладывается в систему в планетарном масштабе (тепло на экваторе и холодно на полюсах), что создает крупномасштабный поток, порождающий штормы и фронты, которые мы называем погодой.В этом смысле океанские водовороты аналогичны атмосферной погоде, хотя их пространственные масштабы меньше, а временные масштабы длиннее из-за различий между воздухом и водой.

Течения, круговороты и водовороты переносят воду и тепло на большие расстояния и способствуют крупномасштабному перемешиванию океана. В процессе они также переносят питательные вещества, соль и другие химические вещества и помогают регулировать погоду, климат и морские экосистемы на планете.

Сильные течения и водовороты также влияют на маршруты судоходства и, как известно, наносят ущерб нефтяным платформам.Сильные морские течения и более слабые прибрежные течения формируют сушу, способствуя эрозии пляжей и перемещению барьерных островов. Рыболовные флоты ищут информацию о том, как и где происходят эти явления, а также о том, как они могут изменяться, чтобы находить косяки рыб, береговая охрана для реагирования на поисково-спасательные чрезвычайные ситуации или разливы нефти, а также лица, определяющие политику, для оказания помощи. формулировать планы сохранения морской среды.

Погода и климат

Одна из важнейших ролей океанических течений — это управление погодой и климатом Земли.Западные пограничные течения, такие как Гольфстрим, переносят большое количество тепла от тропических вод на север. Этот поток является частью термохалинной циркуляции или океанского конвейера и помогает распределять тепло по планете. Это, в свою очередь, влияет на характер ветра, температуру воздуха и осадки как на местном, так и на глобальном уровне.

Недавние исследования показали, что западные пограничные течения немного сместились в течение десятилетий, что привело к изменениям в ветре, температуре и осадках по всему земному шару, которые чаще всего связаны с Эль-Ниньо и другими колебаниями океана.Океанологи пытаются ответить на один важный вопрос: как небольшие изменения в расположении, температуре, скорости и объеме течений могут привести к большим или резким изменениям долгосрочного климата Земли. Выявление природных и антропогенных факторов, которые могут изменить или нарушить естественную функцию океанских течений, также является важной частью понимания и прогнозирования будущих изменений климата.

Морская жизнь

Течения имеют решающее значение для морской флоры и фауны. Холодная вода содержит большое количество питательных веществ, которые питают основу пищевой цепочки.Те места, где холодная вода смешивается с теплой водой с низким содержанием питательных веществ, часто содержат высокие уровни биомассы (живых существ), а также высокую степень биоразнообразия (различные виды). Многие теплые водные животные, которые предпочитают эти пограничные зоны, такие как тунец, рыба-меч и кальмары, являются особенно важными коммерческими ресурсами, поэтому понимание того, как и где смешиваются воды океана, дает рыболовным флотам возможность находить косяки и минимизировать время пребывания в море. Он также дает морским биологам информацию, необходимую им для управления рыболовством или защиты исчезающих видов.

Круговоротные течения также заставляют плавающие обломки медленно дрейфовать к центру океана, образуя большие участки плавающего мусора. Это может представлять опасность для морской жизни и, поскольку химические вещества из пластмасс попадают в пищевую цепочку, вызывать беспокойство и у людей.

Физические процессы

Течения формируют побережье так, что это может быть очевидно для человека, стоящего на берегу. Они также физически формируют океанические бассейны гораздо более тонкими способами, но не менее важными для океанографов.Подобно тому, как у медленно движущейся реки будет илистое дно, а у быстро движущегося потока — каменистое дно, океанские течения переносят и откладывают материал на дне океана определенным образом. Понимая взаимосвязь между размером, составом и распределением частиц, обнаруженных на дне, с движением водяного столба выше, ученые, изучающие длинные ядра океанических отложений, могут сказать, как течения менялись или перемещались с течением времени. Это, в свою очередь, помогает объяснить, как такие факторы, как пресная вода в результате таяния льда или изменения глобального характера ветра, могут привести к крупномасштабным изменениям циркуляции океана или климата в будущем.

Вихревые токи

Вихревые токи
Следующая: Генератор переменного тока Up: 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 может создаваться 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 оставался 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 полезны.Например, некоторые кухонные 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 нужно готовить постепенно в течение длительного периода времени: т.е. , 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.

---

Следующая: Генератор переменного тока Up: Магнитная индукция Предыдущая: Motional Emf

Ричард Фицпатрик 2007-07-14

Убийство Эдди в океане

Водовороты способствуют поглощению океаном углекислого газа из атмосферы и помогают регулировать климат планеты.Теперь у ученых есть более подробная информация о том, как умирают эти эфемерные океанические объекты.

Вихри — это круговые течения, которые блуждают по океану, как волчки, диаметром от десятков до сотен километров. Они имитируют погодные системы в атмосфере и служат местом кормления акул, черепах и рыб. Вихри часто порождаются крупными океанскими течениями и обычно умирают в течение нескольких месяцев.

Некоторые фундаментальные вопросы физической океанографии связаны с жизненным циклом водоворотов: что их порождает и как они умирают? «Это большая загадка, давно стоящая перед обществом», — сказал специалист по гидродинамике Хусейн Алуие из Университета Рочестера, штат Нью-Йорк.Y.

Алуи и его коллеги обнаружили, что когда дело доходит до уничтожения вихрей, отчасти виноваты ветры на планете.

Их новаторский анализ спутниковых данных показывает, что ветер высасывает энергию из океана из объектов размером менее 260 километров, к которым относится большинство водоворотов. Ветер постоянно извлекает около 50 гигаватт энергии из водоворотов по всему миру. Команда опубликовала свое исследование в журнале Science Advances в июле.

«Пятьдесят гигаватт эквивалентны подрыву ядерной бомбы в Хиросиме каждые 20 минут круглый год», — сказал первый автор Шикхар Рай, докторант Университета Рочестера.«Это эквивалентно непрерывной эксплуатации 50 миллионов микроволновых печей в течение года».

Хотя давно подозревали, что ветер разбивает водовороты своего вращения, последнее исследование дает сезонный сигнал и оценку потерь энергии ветра при сильных течениях. Хотя ветер может быть убийцей водоворотов, он усиливает циркуляцию океана в более крупных масштабах. Согласно недавнему исследованию, ветер добавляет около 970 гигаватт энергии к объектам размером более 260 километров.

Вихри увеличивают поглощение тепла океаном, перемешивание океана на поверхности и обмен газов с атмосферой, поэтому расчет этих процессов основан на точном отображении вихрей в компьютерных моделях.

Дует ветер

Вихри, вероятно, образуются в результате взаимосвязанных физических сил в океане, которые включают движение, обусловленное плотностью, из воды с разной температурой или соленостью.

Ветер уничтожает океанские водовороты, прикладывая напряжение к поверхности океана и замедляя вращение водоворотов до такой степени, что они гаснут. Поскольку напряжение ветра зависит от разницы между скоростью и направлением ветра по сравнению со скоростью и направлением поверхностного потока океана, ветер категорически замедляет вихри, а не ускоряет их.

Убийство вихрей происходит круглый год, но, согласно новому исследованию, последствия особенно сильны зимой, когда ветры усиливаются из-за штормов.

Большинство водоворотов исходит от западных пограничных течений, таких как Гольфстрим в Атлантике и Куросио в Тихом океане, и последние результаты показывают, сколько энергии по отношению к общему входному ветру удаляется из водоворотов этих течений: 50% от Гольфстрима. и колоссальные 90% от Куросио.

«Движение океана имеет решающее значение для регулирования климата Земли», — сказал Алуи.Вихри могут влиять на траектории основных течений: например, считается, что водовороты играют решающую роль в том, что теплые воды Гольфстрима отклоняются от восточной части Соединенных Штатов, сохраняя климат Канады, Гренландии и Лабрадора. Море холодное.

Исследование добавляет к строительным свидетельствам того, что ветер подавляет водовороты. Крис Хьюз, профессор наук об уровне моря в Ливерпульском университете и автор исследования 2008 года, которое показало, что ветер высасывает из океана 60 гигаватт энергии, сказал: «Приятно видеть, что это подтверждено независимо и показаны некоторые новые диагностические данные.”

Размытая фотография При крупномасштабном анализе размытая версия данных (справа) вычитается из точной версии (слева). Предоставлено: Пол Грин / Unsplash.

Исследовательская группа использовала новый метод в физической океанографии для проведения новой работы. Обычно исследователи изучают, как океан меняется со временем. Но в ходе последнего анализа ученые смотрели на различия в пространстве, а не во времени.

Последнее исследование «представляет собой новое применение недавно разработанного метода грубого зерна», — сказал физический океанограф Сяомин Чжай из Университета Восточной Англии, который не принимал участия в исследовании.

Крупнозернистый анализ можно объяснить на простом примере, — сказал Алуи. Представьте себе цветок на фотографии. Если вы размыте фотографию, вы не увидите текстуры лепестков цветка, крупинок пыльцы на пыльниках или краев чашелистиков. Если вы теперь возьмете неразмытое фото и вычтите из него размытое, вы получите только мелкие детали цветка.

В новом исследовании использовались измерения, сделанные в период с 1999 по 2007 год с помощью спутникового рефлектометра НАСА QuikSCAT.«Размыв» спутниковую информацию, Рай и его коллеги использовали крупнозернистый анализ, чтобы увидеть детали мелкомасштабного океанического течения, включая водовороты. Этот метод позволил им точно определить отрезок в 260 километров.

К сожалению, QuikSCAT умер в 2009 году, но предстоящая миссия НАСА по поверхностной воде и топографии океана (SWOT) вместе с данными о ветре из других спутниковых миссий может вскоре предоставить Раю и другим данные более высокого качества.

Команда продолжит использовать пространственные методы, такие как грубый анализ, в будущей работе, которая будет включать рассмотрение другой стороны жизненного цикла вихря: его рождения.

— Дженесса Данкомб (@jrdscience), штатный писатель

Образец цитирования:

Данкомб, Дж. (2021 г.), Эдди, убивающий в океане, Eos, 102 , https://doi.org/10.1029/2021EO161292. Опубликовано 29 июля 2021 года.

Текст © 2021. AGU. CC BY-NC-ND 3.0
Если не указано иное, изображения защищены авторским правом. Любое повторное использование без специального разрешения правообладателя запрещено.

Связанные

Таинственные силы — Вихревые токи | Эксперименты

Объяснение

Если вы перемещаете магнит рядом с катушкой с проволокой, вы индуцируете напряжение и, следовательно, ток в этой катушке.На самом деле вам нужно изменить количество магнитного потока (магнитное поле x площадь), проходящего через катушку, поэтому перемещение магнита внутрь и наружу работает лучше, чем его вращение.

Вы можете увидеть это в этом коротком видео, перемещая супермагнит в катушке с проводом, прикрепленной к амперметру, который измеряет ток, и из него.

Это основа для электрогенераторов, а значит, 99% вырабатываемой электроэнергии. Генератор перемещает магниты возле катушек с проволокой и индуцирует в них напряжение.

Медная трубка — это последняя катушка из проволоки с чрезвычайно низким сопротивлением, поэтому, если вы перемещаете магнит в трубке, вы индуцируете большие токи, которые текут вокруг трубки.Эти круговые токи называются Эдди Курреном

При перемещении магнита по направлению к трубке в трубке индуцируются большие токи.	Большой ток, протекающий по кругу, — это электромагнит, подобный этому, накачивающий скрепки

Большой электрический ток, текущий по кругу, является электромагнитом, и этот электромагнит действует против любого движения исходного магнита. Таким образом, ток в трубке создает достаточное магнитное поле, чтобы замедлить падающий магнит.Чем быстрее движется магнит, тем больше эти токи, следовательно, тем больше тормозное усилие на этих магнитах.

Индуцированные токи образуют электромагнит, который замедляет продвижение магнита.	Токи затухают из-за сопротивления, поэтому магнит падает, это движение вызывает больше токов.

Если бы медь была идеальным проводником (сверхпроводником), она могла бы полностью остановить магнит, однако из-за сопротивления меди токи в конечном итоге затухают, поэтому магнит падает немного дальше, создавая новые токи дальше по трубке, и магнит будет медленно падать.

Чем лучше проводник, тем медленнее должен двигаться магнит, чтобы индуцировать ток, достаточный для его удержания, поэтому магнит будет падать медленнее по медной трубке, чем по алюминиевой трубке, и намного медленнее, чем по плохому проводнику, например по нержавеющей стали. сталь (которая также может быть немагнитной, чтобы не прилипать).

Вихревые токи часто используются в тормозах в конце поездок на американских горках и в поездах, так как они обеспечивают очень плавный тормозной эффект.

Что такое водоворот в реке? Объяснение вихрей

Быстрый ответ

Вихри часто можно найти в реке или ручье, где какой-либо предмет вызывает прерывание течения.Течение в водовороте течет в противоположном направлении от основного течения реки. Это может вызвать опасную турбулентность в вихревых линиях, где встречаются два противоположных течения.

Прежде чем вы начнете плыть по реке на каяке , может быть полезно узнать о некоторых препятствиях, с которыми вы можете столкнуться, и об условиях, которых вы можете ожидать по пути.

Вы, наверное, слышали о водоворотах, но что такое водовороты и как они могут помочь вам в реке? Мы собрали некоторую информацию, чтобы рассказать вам немного больше о них и о том, как вы можете использовать их во время гребли по реке.

> Прочтите наше руководство по байдаркам

Что такое вихрь?

Вихрь — это участок кругового течения , который имеет тенденцию течь в противоположном направлении от основного течения реки.

Вихри обычно возникают из-за препятствия в реке, например камня или упавшего дерева. Этот номер прерывает основной поток реки , вызывая водоворот, который обычно находится ниже по течению от препятствия.

По мере того, как вода обтекает препятствие, некоторая часть воды течет обратно на себя за препятствием, заполняя пространство, а затем возвращается обратно в направлении основного потока.

Вихрь может выглядеть так, как будто вода вообще не движется, как в спокойном бассейне , где центр вихря более спокойный, чем его края. Именно это спокойствие может сделать водоворот привлекательным местом для отдыха, если вы плывете на байдарках по быстро движущейся реке , поскольку это может дать вам небольшую передышку от порогов.

Линии вихря и водовороты

Линии вихря — это в основном края вихря , где встречаются два противоположных течения.Часто это намного грубее, чем сам водоворот, так как это точка, где вода движется в двух разных направлениях. Вот что может вызвать водовороты.

Линии вихря — это линии бурной воды, которые обычно начинаются на краю препятствия, создавшего вихрь. Линии становятся шире вниз по течению по мере ослабления давления воды.

Водовороты — это то, что иногда случается, когда вода, текущая в одном направлении, встречает воду, текущую в противоположном направлении. Это когда вода закручивается в нисходящем движении, часто вызывая всасывание и перетаскивание предметов с поверхности вниз под воду.

В зависимости от силы водоворота, он может затянуть вас и ваш каяк под воду .

Как использовать и безопасно грести вихри

Вихри могут быть отличным местом, где можно остановиться, пока вы спускаетесь по порогам, так как они могут дать вам шанс сделать паузу и перевести дух , прежде чем вы нажмете следующее бег.

Они также могут быть идеальными для использования для нанесения на карту вашего маршрута вниз по течению, позволяя вам подпрыгивать от одного водоворота к другому, пока вы спускаетесь по реке.

Но попасть в водовороты и выйти из них не всегда легко из-за конфликтующих токов на вихревых линиях. Для этого может быть хорошей идеей определить вихревые линии.

После того, как вы определили линии вихря, вы должны установить угол так, чтобы лук находился под углом примерно 45 градусов к линии вихря, смотря по направлению вашего движения. Это может работать как для входа в вихрь, так и для выхода из него.

Возможно, вам потребуется отрегулировать угол наклона лука в зависимости от скорости реки.Меньшие углы могут лучше работать для более быстрого движения воды, а большие углы могут потребоваться для более медленной воды.

Еще одна вещь, на которую следует обратить внимание, это то, что вам может потребоваться атаковать вихревую линию с небольшой скоростью, чтобы вы могли быстро пересечь ее , не разворачиваясь. Вам также может понадобиться наклониться, чтобы наклониться по направлению к течению, в которое вы направляетесь. Например, при входе в водоворот следует наклоняться в противоположном направлении от основного течения реки.

В завершение

Вихри могут сделать прогулку по реке еще более увлекательной, и они могут быть отличным помощником, когда вы спускаетесь вниз по течению.Знание того, как ими пользоваться, может позволить вам заслуженно отдохнуть от порогов, пока вы планируете свой следующий маршрут.

Помните, что ток в вихре будет стремиться к течению вверх по потоку против основного тока, даже если он кажется неподвижным.

Оставьте нам комментарий, чтобы сообщить нам свои мысли о гребных водоворотах, и поделитесь этим, чтобы помочь своим товарищам по гребле.

Вихретоковый контроль и его некоторые (3+) важные приложения

Вихретоковый контроль — это универсальный метод неразрушающего контроля, который позволяет обнаруживать поверхностные дефекты проводящего металла даже без удаления покрытия из этого материала.Электромагнитная катушка используется для создания магнитного поля. но прежде чем обсуждать эту тему, мы должны знать об основных характеристиках вихревых токов и о том, как их можно получить.

Каков принцип вихретокового действия?

Некоторые характеристики вихревого тока

Вихревой ток — это ток, который циркулирует в металлическом проводнике, выглядит как кружащиеся вихри в потоке, из-за этого он известен как вихревой ток. Он действует в вертикальном направлении к плоскости магнитного поля и течет в замкнутых контурах внутри проводника.Вихревой ток может создаваться и наблюдаться, если магнитное поле, окружающее статический проводник, является изменчивым, то есть все, что приводит к изменению направления или напряженности магнитного поля проводником, может создавать вихревые токи.

«Величина вихревого тока пропорциональна изменению магнитного поля и, следовательно, это явление изменения магнитного поля, которое часто рассматривается как вторичное поле».

Электромагнит и постоянные магниты могут создавать вихревые токи в дополнение к трансформаторам и за счет относительного движения, возникающего, когда магнит расположен рядом с проводящим веществом или пластиной.Вихревые токи используются в определенных приложениях, таких как неразрушающий контроль, известный как вихретоковый контроль в неразрушающем контроле.

Оно обратно пропорционально удельному сопротивлению вещества, из которого оно образовалось. Следовательно, на вихревой ток может влиять множество вещей, что также означает, что существует множество методов, с помощью которых они могут быть настроены.

Вихревые токи возникают, поскольку создается вторичное магнитное поле, которое противодействует первому магнитному полю. из-за этого возникает электрическая область кругового поля.Области магнитного поля обычно представляют в виде круговых линий, по которым направлено магнитное поле. Линии электрического поля движутся против часовой стрелки к линиям магнитного поля.

В вихретоковом торможении, используемом в качестве конструкции тормозной системы для вращающегося электроинструмента и американских горок, в котором вихревые токи (противоположные магнитные поля создают это сопротивление) были использованы для создания тормозной силы.

Почему вихревые токи называются Eddy?

Вихревые токи называются «вихревыми», поскольку они выглядят как водовороты или водовороты.

Кто изобрел вихретоковый ток?

Вихревые токи наблюдались в 1824 году учеными и премьер-министром Франции Франсуа Араго. Он признал, что он, вероятно, намагнитит большую часть проводников, и был первым, кто наблюдал вращательный магнетизм.

Спустя десять лет, примерно в 1834 году, Генрих Ленц постулировал закон Ленца.

Однако только в 1855 году французский физик Леон Фуко официально открыл вихревые токи.

Какова формула вихревого тока?

Потери на вихревые токи или ( I ² R ) потери могут быть рассчитаны стандартно, где I — значение тока, а R — сопротивление пути вихревого тока.

Хотя измерение вихревых токов для больших сложных геометрических объектов является сложным и должно быть вычислено с помощью эллиптического интегрального решения с учетом импеданса, взаимной индуктивности между мешающими и вносящими вклад катушками.

Какое применение вихретоковый?

Применение вихревого тока

Электромагнитное прерывание: это использовало силу сопротивления, создаваемую вихревым током, для замедления или остановки движущихся объектов; например, электромагнитные тормоза используются в различных перевозках.

Левитация:

Вихревые токи применяются при магнитной левитации. Проводники уязвимы к изменяющимся магнитным полям, которые вызывают индуцированные вихревые токи внутри проводника и создают отталкивающее магнитное поле, отталкивая магнит и проводник друг от друга.Это изменяющееся магнитное поле может быть вызвано относительным движением между магнитом и проводником (обычно магнит находится в фиксированном положении, а проводники движутся внутрь) или использованием электромагнита с переменным током для изменения силы магнитного поля.

Что такое вихретоковый контроль при неразрушающем контроле?

Вихретоковый контроль — это универсальный метод неразрушающего контроля, который позволяет обнаруживать поверхностные дефекты проводящего металла даже без удаления покрытия из этого материала.Электромагнитная катушка используется для создания магнитного поля.

Наиболее распространенные промышленные применения — неразрушающий контроль и приложения, в которых используются принципы электромагнитного демпфирования.

Вихретоковый контроль
Научно-исследовательская группа по силовой вихреометрии Лоренца и силовым вихретоковым испытаниям Лоренца, LET, CC BY-SA 3.0

Вихревые токи в неразрушающем контроле (NDT)

Вихревые токи могут использоваться для обнаружения недостатки (трещины или щели) или дефектные детали в материалах.Это может быть известно как неразрушающий вихретоковый контроль и часто используется при проектировании и испытании подсистем самолета. Магнитное поле, создаваемое вихревыми токами, оценивается количественно, где изменение площади указывает на наличие неоднородности; дефект минимизирует этот вихревой ток, что впоследствии снижает напряженность магнитного поля.

Вихревые токи используются в некоторых из наиболее обычных электромагнитных подходов к неразрушающему контролю для определения наличия неоднородностей, дефектов или трещин в веществе или поверхности без повреждения самого вещества.Подходы неразрушающего контроля широко используются во всех строительных и строительных материалах для исследования нескольких веществ. Тем не менее, вихревые токи обнаружили, что в основном используются для испытания трубчатых и стержневых веществ. Но любые структурные проблемы, ориентированные по окружности, трудно обнаружить с помощью этого метода вихретокового контроля, поскольку его сложнее обнаружить.

Вихретоковый контроль — популярная цель неразрушающего контроля неразрушающего контроля с использованием простой техники. Вихретоковый контроль использует катушку для создания электромагнитного поля на поверхности материала, который необходимо проанализировать, образец проводящего материала.На поверхности исследуемого материала будет образовываться вихревой ток, направленный против часовой стрелки по отношению к начальному направлению тока.

Любые неоднородности, пустоты или дефекты (кроме периферийных), вероятно, скоро будут обнаружены, поскольку плотность вихревых токов, вероятно, может измениться. Это также можно измерить и обнаружить по значительным изменениям. Хотя он часто используется для круглых материалов, катушки также могут быть адаптированы для обнаружения некоторых проблем с горизонтальными веществами. Нет никаких трудностей с тем, чтобы определенные неоднородности были незаметны из-за геометрии этого вещества.

Датчики для вихретокового контроля

Как часто следует проводить вихретоковый контроль?

• Вихретоковые испытания рекомендуется периодически; профилактическое тестирование всех пучков трубок рекомендуется каждые три года.
• Результаты испытаний на вихревые токи сравнивались с предыдущими испытаниями, чтобы помочь определить степень износа трубки и спрогнозировать будущий срок ее службы, а следовательно, и долговечность труб.

Какова цель вихретокового контроля?

Это может быть использовано для

• дефектоскопии, идентификации материала
• анализа термообработки некоторых металлов.
• измерения толщины покрытия поверхности материала и т. Д.

Вихретоковый контроль для a) Катушка для сплошной трубы b) Катушка для полой трубы c) Постоянный магнит для сплошной трубы d ) Постоянный магнит для полой трубки
Изображение предоставлено: Исследовательская группа по силовой велоометрии Лоренца и силовым вихретоковым испытанием Лоренца, Trans longit, CC BY-SA 3.0

Преимущества вихретокового контроля:

• Чувствительность к поверхности дефекты (может обнаруживать до 0.5 мм.)
• Вихретоковый контроль с возможностью измерения через множество слоев.
• способен обнаруживать даже сквозь поверхностные покрытия.
• Автоматический — Относительно однородные компоненты могут быть быстро и надежно проверены с помощью автоматического или полуавтоматического оборудования, например, тормоза, котельные трубы и диски двигателей самолетов.
• При методе вихретокового контроля требуется минимальная предварительная очистка. Необходимо удалить только важные неровные покрытия поверхности, что сокращает время подготовки.
• Мобильное испытательное оборудование довольно маленькое и легкое, некоторые из последних устройств немного похожи на коробку с видеокассетами и весят более двух кг.

Недостатки вихретокового контроля:

• Уязвимость к изменениям магнитной проницаемости: Небольшие изменения проницаемости могли повлиять на образование вихревых токов, особенно в ферромагнитных веществах. Это затрудняет испытания сварных швов и других ферромагнитных материалов; однако с помощью современных цифровых детекторов и усовершенствованного дизайна можно повысить точность.
• Только для проводящих веществ: Вещество должно иметь способность пропускать электрический ток, следовательно, быть проводящим. Это усложняет анализ армированных волокном пластиков с помощью вихретокового контроля.
• Невозможно обнаружить дефекты, параллельные поверхности: если плоский дефект не пересекает существующий и не пересекает его, то дефект не будет обнаружен.
• Сложно для больших регионов и / или сложной геометрии: Может быть неприемлемо для больших регионов и / или сложной геометрии.Сканирование больших площадей может быть выполнено, но требует помощи какого-либо устройства сканирования площадей, обычно поддерживаемого компьютером, каждое из которых не является недорогим. Чем сложнее становится геометрия, тем труднее отличить сигналы дефектов от знаков влияния геометрии. Из-за множества факторов, влияющих на вихревые токи, требуется осторожная интерпретация знаков, чтобы различать релевантные и нерелевантные сигналы.

Какие факторы могут повлиять на вихретоковые испытания?

На точность вихретокового контроля влияет множество факторов, например

• Частота испытаний
• Выравнивание дефектов
• Отрыв
• Геометрия поверхности.

Что такое вихретоковый контроль трубок?

• Вихретоковый контроль используется для обнаружения дефектов или утечек в металлических полых трубах.
• При этом небольшой магнитный зонд вставляется в трубку или трубу. Этот зонд может перемещаться по всей длине измерительной трубы.
• В этом зонде будет образовываться вихревой ток из-за магнитной индукции.
• Если сигнал отклоняется от стандартов, то неисправности обнаруживаются с помощью этих методов вихретокового контроля.

Может ли вихретоковый обнаруживать трещины?

Да, метод обнаружения вихретоковых трещин очень чувствителен к обнаружению мелких трещин. Этот стандартный метод проверки поверхности также широко используется в нефтехимической и аэрокосмической отраслях, в основном при проверке насосно-компрессорных труб и проверке металлических поверхностей. Это одно из основных приложений вихретокового контроля.

Приложение для электромагнитного демпфирования:

В реальных приложениях это принцип, используемый в железнодорожных тормозах, которые помогают высокоскоростным железнодорожным вагонам останавливаться в определенных точках, поскольку взаимодействие между вихревыми токами и проводящими веществами замедляет движение поезда. движение без физических тормозов.Другое использование в плане гальванометров. Эти устройства измеряют небольшие электрические токи, при этом вихревые токи могут использоваться для компенсации отклонений гальванометра, так что катушка, используемая от гальванометра, достигает баланса.

Недостатки вихревых токов:

При циркуляции вихревых токов возникают большие потери тепла из-за трения в магнитной цепи.

Недостатки вихревых токов можно уменьшить, сделав тонкие полоски вместо блока сердечника индукции, потому что, поскольку блоки сделаны из тонких полос, уменьшается количество возможных петель.

Чтобы узнать больше о вихретоковом тормозе, нажмите Вихретоковый тормоз и Датчик вихревых токов .

О докторе Субрата Яна

Я Субрата, доктор философии. в области машиностроения, более конкретно интересуется областями, связанными с ядерной и энергетической наукой. У меня есть опыт работы в нескольких областях, начиная с инженера по обслуживанию электронных приводов и микроконтроллеров и заканчивая специализированными исследованиями и разработками. Я работал над различными проектами, включая ядерное деление, синтез солнечной фотоэлектрической энергии, проектирование нагревателей и другие проекты.

No related posts.