Vířivé proudy: Podrobný přehled, 5 důležitých aplikací

Zde budeme studovat vířivé proudy a co se rozumí elektromagnetickým tlumením. Ale změna magnetického toku také indukuje proudy v hromadných kusech vodičů a jejich proudění se podobá tomu vířících vírů ve vodě.

François Arago, matematik a dokonce 25. francouzský předseda vlády, poprvé pozoroval vířivé proudy v roce 1824. Později tyto proudy, které se výslovně nazývají vířivé proudy, objevil fyzik jménem Foucault.

Jednoduchá ukázka vířivých proudů

Příčinu a účinek vířivých proudů lze pochopit jednoduchým experimentem, jak je uvedeno. Měděný talíř se houpá jako kyvadlo.

Ty způsobují překážky v kývavém pohybu desky, a proto je kývavý pohyb tlumen. Za nějaký čas se deska zastaví v magnetickém poli. 

Tento účinek elektromagnetického tlumení lze snížit snížením dostupné oblasti pro tok vířivých proudů. Pokud tedy můžeme do desky vložit obdélníkové štěrbiny a otvory, a vzhledem k tomu, že magnetické momenty indukovaných proudů závisí na oblasti v ní obklopené, můžeme snížit elektromagnetické tlumení a výkyvy desky volněji.

SÍLA EDDY AKTUÁLŮ

Ztrátový výkon vířivých proudů lze vyjádřit jako:

Kde,

P označuje ztrátu energie na jednotku hmotnosti.

B_p označuje maximální magnetické pole.

d označuje tloušťku.

f označuje frekvenci.

k označuje konstantu.

ρ označuje odpor.

D označuje hustotu.

Vířivý proud se snižuje použitím laminací v kovovém jádru. Z tohoto důvodu je velikost podstatně snížena.

Jelikož rozptyl energie ve formě tepla závisí na čtvercích velikosti vířivých proudů, tepelné ztráty a následně se energetické ztráty snižují. Energetické ztráty lze dále snížit použitím tenčí laminace železem s velmi nízkým obsahem uhlíku nebo měkkého železa a drátů s většími průřezy.

Zde je přímý experiment, kde si můžeme všimnout elektromagnetického tlumení.

Dvě duté tenké válcovité trubky stejné geometrické orientace, ale jedna z hliníku a druhá z PVC trubky, je upnuta svisle. Válcový magnet s průměrem o něco menším, než je průměr válců, se propadne oběma trubkami tak, aby se nedotýkaly vnitřních stěn válcových trubek. Magnet, který spadl skrz trubku z PVC, vychází z trubky stejně dlouho, jako by to trvalo, kdyby spadl ze stejné výšky bez jakékoli trubky. Magnet v hliníkové trubce trvá relativně dlouho, než vyjde z trubky.

To je způsobeno vířivými proudy, které jsou vytvářeny v hliníkové trubce, která je proti měnícímu se magnetickému toku, když se magnet pohybuje hliníkovou trubkou. Protože PVC je izolátor, nevznikají v něm žádné vířivé proudy. Tento jev, kdy retardační síla způsobená vířivými proudy omezuje pohyb objektu, se nazývá elektromagnetické tlumení.

APLIKACE EDDY AKTUÁLŮ

Ačkoli jsou vířivé proudy v některých aplikacích nežádoucí, existuje mnoho aplikací, ve kterých jsou vířivé proudy pro jejich fungování nezbytností. Některé z nich jsou magnetické brzdění ve vlacích, elektromagnetické tlumení, indukční pec, elektroměry, levitace, identifikace kovů, vibrace a snímání polohy, statické zkoušky atd. Některé z nich byly podrobně vysvětleny takto:

• Magnetické brzdění ve vlacích: Jak víme, že vlaky jsou poměrně těžké a mohou se pohybovat velkou rychlostí, brzdový systém vlaků by měl být velmi výkonný a hladký. Vířivé proudy to umožňují. Silný elektromagnetů může indukovat vířivé proudy v kolejích. Protože nedochází k žádnému tření, nejsou zde žádné mechanické spoje; brzdový systém se tak stává velmi plynulým. Tato aplikace se však používá pouze v některých elektricky poháněných vlacích.
• Indukční pec: Používají se k tavení železa, oceli, mědi, hliníku a jiných drahých kovů pro účely svařování, přetváření nebo pro výrobu slitin. V indukční peci produkuje vířivý proud velmi vysoké teploty vhodné pro roztavení kovů.
• Elektromagnetické tlumení: Několik měřících přístrojů, jako jsou galvanometry, využívá účinek vířivých proudů v opačné pohybu. Mají pevné jádro vyrobené z nemagnetického, ale kovového materiálu, ve kterém se při oscilaci cívky vytvářejí vířivé proudy, což zase působí proti pohybu cívky a rychle ji uvádí do klidové polohy.
• Odpudivé účinky a levitace: když je aplikováno měnící se magnetické pole, indukuje vířivé proudy, které vykazují chování diamagnetického odpuzování, kvůli kterému kov nebo jakýkoli vodivý materiál zažije odpudivou sílu.

Další informace o aplikaci s vířivými proudy najdete v článku na testování vířivými proudy, snímač vířivých proudů a brzda na vířivý proud.

Také čtení:

• Magnetické pole vs magnetická indukce
• Je neodym magnetický
• Je kevlar magnetický
• Je šperk magnetický
• Magnetické pole a čas
• Je pyrit magnetický
• Klíč je magnetický
• Magnetické pole a proud
• Je zinek magnetický
• Obrátí magnetické pole