Foucaultsche Wirbelströme. Was sind Wirbelströme?

Platzieren wir eine Drahtspule in einem magnetischen Wechselfeld. Die Spule ist geschlossen und es gibt kein Galvanometer im Stromkreis, das das Vorhandensein von Induktionsstrom in unserem Stromkreis anzeigen könnte. Der Strom kann jedoch erkannt werden, da sich der Leiter erwärmt, wenn Strom durch ihn fließt. Wenn wir, ohne die übrigen Abmessungen der Spule zu ändern, nur die Dicke des Drahtes erhöhen, aus dem der Stromkreis besteht, dann induzierte EMK($\varepsilon_i\sim \frac(\Delta Ф)(\Delta t)$) ändert sich nicht, da die Änderungsrate des magnetischen Flusses gleich bleibt. Allerdings nimmt der Spulenwiderstand ($R\sim \frac(1)(S)$) ab. Infolgedessen erhöht sich der Induktionsstrom ($I_i$). Die Leistung, die im Stromkreis in Form von Wärme freigesetzt wird, ist direkt proportional zu $I_i\varepsilon_i$, daher steigt die Temperatur des Leiters. Die Erfahrung zeigt also, dass sich ein Metallstück erwärmt, wenn es in ein Magnetfeld gebracht wird, was auf das Auftreten induzierter Ströme in massiven Leitern hinweist, wenn sich der magnetische Fluss ändert. Solche Ströme werden Wirbelströme oder Foucault-Ströme genannt.

Definition von Foucault-Strömen

Definition

Tokami Fuko werden volumetrische elektrische Wirbelinduktionsströme genannt, die in Leitern auftreten, wenn die Leiter in ein magnetisches Wechselfeld gebracht werden.

Eigenschaften von Foucault-Strömen

Wirbelströme unterscheiden sich naturgemäß nicht von Induktionsströmen, die in Drähten entstehen.

Die Richtung und Stärke der Foucault-Ströme hängt von der Form des Metallleiters, der Richtung des magnetischen Wechselflusses, den Eigenschaften des Metalls und der Änderungsrate des magnetischen Flusses ab. Die Verteilung von Foucault-Strömen in Metall kann sehr komplex sein.

In Dirigenten, die haben große Größen In einer Richtung senkrecht zur Richtung des Induktionsstroms können Wirbelströme sehr groß sein, was zu einem deutlichen Anstieg der Körpertemperatur führt.

Die Eigenschaften von Wirbelströmen zur Erwärmung eines Leiters werden in Induktionsöfen zum Schmelzen von Metallen genutzt.

Foucault-Ströme gehorchen wie andere Induktionsströme der Lenzschen Regel, das heißt, sie haben eine solche Richtung, dass ihre Wechselwirkung mit dem primären Magnetfeld die Bewegung hemmt, die die Induktion verursacht.

Beispiele für Probleme mit Lösungen

Beispiel 1

Übung. Was ist „magnetische Dämpfung“, die in elektrischen Messgeräten verwendet wird?

Lösung. Betrachten Sie das folgende Experiment. Wir hängen eine leichte Magnetnadel an einen Faden (Abb. 1).

Lässt man diesen Pfeil sich selbst überlassen, befindet er sich in einer Gleichgewichtslage in Richtung Nord-Süd. Wenn es von seiner Gleichgewichtslage abweicht, schwingt es lange Zeit, wenn die Reibung in der Aufhängung gering ist. Platzieren wir eine große Kupferplatte mit beträchtlicher Masse in geringem Abstand davon unter dem Pfeil. Die Dämpfung der Pfeilschwingungen erfolgt in diesem Fall sehr schnell, nach ein oder zwei Schwüngen erreicht der Pfeil die Gleichgewichtsposition. Der Grund dafür ist, dass bei der Bewegung der Magnetnadel im Kupferleiter Foucault-Ströme induziert werden, deren Wechselwirkung mit dem Magnetfeld gemäß der Lenzschen Regel die Bewegung des Magneten hemmt. Kinetische Energie, das im Moment des Stoßes dank Wirbelströmen auf die Magnetnadel übertragen wurde, wandelt sich in die innere Energie von Kupfer um und erhöht seine Temperatur. Dieses Phänomen wird als „magnetische Beruhigung“ bezeichnet.

Beispiel 2

Übung. Eine Metallmünze fällt zwischen die Pole eines Elektromagneten. Beim ersten Mal ist der Magnet ausgeschaltet, beim zweiten Mal ist der Magnet eingeschaltet. In welchem Fall fällt die Münze langsamer?

Lösung. Wenn zwischen den Polen eines Elektromagneten ein Magnetfeld herrscht, fällt die Münze langsam nach unten, als würde sie sich in einer viskosen Flüssigkeit bewegen und nicht darin atmosphärische Luft. Die Münze wird durch von außen wirkende Kräfte abgebremst Magnetfeld auf die Wirbelströme zurückzuführen, die in der Münze induziert werden, wenn diese in ein Magnetfeld fällt. Die Geschwindigkeit seiner Bewegung wird deutlich geringer sein als bei ausgeschaltetem Magnetfeld.

Antwort. Die Fallgeschwindigkeit ist langsamer, wenn der Magnet eingeschaltet ist.

Wirbelströme(Foucault-Ströme)

Induktionsstrom tritt nicht nur in linearen Leitern auf, sondern auch in massiven massiven Leitern, die in einem magnetischen Wechselfeld angeordnet sind. Diese Ströme verlaufen in der Dicke des Leiters und werden daher als - Wirbel. Sie werden auch genannt Foucaults Strömungen- benannt nach dem ersten Forscher.

Toki Fuko, so induzierte Ströme Beachten Sie bei linearen Leitern die Lenzsche Regel: Ihr Magnetfeld ist so ausgerichtet, dass es der Änderung des magnetischen Flusses entgegenwirkt, die Wirbelströme induziert. Wenn zum Beispiel zwischen den Polen eines nicht geschalteten Elektromagneten ein massives Kupferpendel fast schwingt ungedämpfte Schwingungen Wenn dann der Strom eingeschaltet wird, erfährt er eine starke Bremsung und stoppt sehr schnell. Dies erklärt sich dadurch, dass die resultierenden Foucault-Ströme eine solche Richtung haben, dass die vom Magnetfeld auf sie einwirkenden Kräfte die Bewegung des Pendels hemmen. Diese Tatsache wird genutzt, um die beweglichen Teile verschiedener Geräte zu beruhigen (zu dämpfen). Werden im beschriebenen Pendel radiale Schnitte vorgenommen, so werden die Wirbelströme abgeschwächt und eine Bremsung tritt nahezu nicht mehr auf.

Wirbelströme führen zusätzlich zum Bremsen (normalerweise ein unerwünschter Effekt) zu einer Erwärmung der Leiter. Um Wärmeverluste zu reduzieren, sind die Anker von Generatoren und die Kerne von Transformatoren daher nicht massiv, sondern aus dünnen Platten, die durch Isolatorschichten voneinander getrennt sind, und so installiert, dass die Wirbelströme über die Platten geleitet werden . Durch Foucault-Ströme erzeugte Joulesche Wärme wird in metallurgischen Induktionsöfen genutzt. Ein Induktionsofen ist ein Tiegel in einer Spule, durch die Strom fließt. Hochfrequenz. Im Metall entstehen starke Wirbelströme, die es bis zum Schmelzen erhitzen können.

Mit dieser Methode können Metalle im Vakuum geschmolzen werden, wodurch hochreine Materialien entstehen.

Wirbelströme treten auch in Leitungen auf, in denen Wechselstrom fließt. Die Richtung dieser Strömungen kann mit der Landschen Regel bestimmt werden. In Abb. 182, A zeigt die Richtung der Wirbelströme, wenn der Primärstrom im Leiter zunimmt, und in Abb. 182, b - wenn es abnimmt. In beiden Fällen ist die Richtung der Wirbelströme so, dass sie der Änderung des Primärstroms im Inneren des Leiters entgegenwirken und dessen Änderung in der Nähe der Oberfläche fördern. Durch das Auftreten von Wirbelströmen verteilt sich der schnell wechselnde Strom also ungleichmäßig über den Querschnitt des Drahtes, er wird sozusagen auf die Oberfläche des Leiters verdrängt. Dieses Phänomen wurde genannt Hauteffekt(vom englischen Skin – Haut) oder Oberflächeneffekt. Da hochfrequente Ströme praktisch in einer dünnen Oberflächenschicht fließen, werden die Drähte dafür hohl ausgeführt.

Werden Massivleiter mit hochfrequenten Strömen erhitzt, so wird durch den Skin-Effekt nur deren Oberflächenschicht erwärmt. Darauf basiert die Methode der Oberflächenhärtung von Metallen. Durch Änderung der Feldfrequenz ist eine Härtung in jeder gewünschten Tiefe möglich.

§ 126. Schleifeninduktivität. Selbstinduktion

Ein in einem geschlossenen Stromkreis fließender elektrischer Strom erzeugt um sich herum ein Magnetfeld, dessen Induktion nach dem Biot-Savart-Laplace-Gesetz proportional zum Strom ist. Der mit dem Stromkreis verbundene magnetische Fluss F ist daher proportional zum Strom I im Stromkreis:

wobei der Proportionalitätskoeffizient L genannt wird Schaltungsinduktivität.

Wenn sich der Strom im Stromkreis ändert, ändert sich auch der damit verbundene magnetische Fluss. Daher wird im Stromkreis eine EMK induziert. Entstehung von E.M.F. Die Induktion in einem leitenden Stromkreis, wenn sich die Stromstärke darin ändert, wird Selbstinduktion genannt.

Aus Ausdruck (126.1) wird die Einheit der Induktivität Henry (H) bestimmt: 1 H ist die Induktivität eines solchen Stromkreises, dessen magnetischer Selbstinduktionsfluss bei einem Strom von 1 A gleich 1 Wb ist:

1 Hn=1 Vb/A=1 Vs/A.

Es lässt sich zeigen, dass die Induktivität eines Stromkreises im Allgemeinen nur von der geometrischen Form des Stromkreises, seinen Abmessungen und der magnetischen Permeabilität des Mediums, in dem er sich befindet, abhängt. In diesem Sinne ist die Induktivität des Stromkreises analog zur elektrischen Kapazität eines einzelnen Leiters, die ebenfalls nur von der Form des Leiters abhängt , seine Größe und Dielektrizitätskonstante des Mediums.

Wenn wir das Faradaysche Gesetz auf das Phänomen der Selbstinduktion anwenden (siehe (123.2)), erhalten wir, dass e. d.s. Selbstinduktion

Wenn der Stromkreis nicht verformt wird und sich die magnetische Permeabilität des Mediums nicht ändert, dann ist L=const und

. (126.3)

wobei das Minuszeichen aufgrund der Lenzschen Regel anzeigt, dass das Vorhandensein einer Induktivität im Stromkreis dazu führt den Wandel verlangsamen Strom darin.

Wenn der Strom mit der Zeit zunimmt, dann > 0 und < 0,t. Das heißt, der Selbstinduktionsstrom ist auf den von einer externen Quelle verursachten Strom gerichtet und hemmt dessen Anstieg. Wenn der Strom mit der Zeit abnimmt, dann<0und > 0, d. h. der Induktionsstrom hat die gleiche Richtung wie der abnehmende Strom im Stromkreis und verlangsamt dessen Abnahme. Somit erhält der Stromkreis mit einer bestimmten Induktivität eine elektrische Trägheit, die darin besteht, dass jede Stromänderung umso stärker gehemmt wird, je größer die Induktivität des Stromkreises ist.

§ 127. Ströme beim Öffnen und Schließen eines Stromkreises

Bei jeder Änderung der Stromstärke in einem leitenden Stromkreis tritt ein e auf. d.s. Selbstinduktion, wodurch zusätzliche Ströme im Stromkreis auftreten, genannt zusätzliche Ströme der Selbstinduktion. Extraströme der Selbstinduktion sind nach der Lenzschen Regel immer so gerichtet, dass sie Änderungen im Strom im Stromkreis verhindern, das heißt, sie sind dem von der Quelle erzeugten Strom entgegengesetzt. Wenn die Stromquelle ausgeschaltet ist, haben die zusätzlichen Ströme die gleiche Richtung wie der schwächelnde Strom. Folglich verlangsamt das Vorhandensein einer Induktivität im Stromkreis das Verschwinden oder den Aufbau von Strom im Stromkreis.

Betrachten wir den Vorgang des Abschaltens des Stroms in einem Stromkreis, der eine Stromquelle mit einer EMK enthält. , Widerstand Widerstand R und ein Induktor L . Unter dem Einfluss externer z. D . Mit. Im Stromkreis fließt Gleichstrom

Zum Zeitpunkt t=0 schalten wir die Stromquelle ab. Der Strom im Induktor L beginnt abzunehmen, was zum Auftreten einer EMK führt. Selbstinduktion, die nach der Lenzschen Regel einen Stromabfall verhindert. Zu jedem Zeitpunkt wird der Strom im Stromkreis durch das Ohmsche Gesetz bestimmt, oder

Wenn wir die Variablen im Ausdruck (127.1) dividieren, erhalten wir . Wenn wir diese Gleichung über I (von I o bis I) und t (von 0 bis t) integrieren, finden wir

wobei t=L/R eine Konstante namens ist Entspannungs Zeit. Aus (127.2) folgt, dass t die Zeit ist, in der der Strom um das e-fache abnimmt.

Beim Abschalten der Stromquelle nimmt somit die Stromstärke gemäß dem Exponentialgesetz (127.2) ab und wird durch die Kurve bestimmt 1 in Abb. Je größer die Induktivität des Stromkreises und je geringer sein Widerstand, desto größer ist t und desto langsamer nimmt der Strom im Stromkreis beim Öffnen ab.

Bei geschlossenem Stromkreis wird zusätzlich zum externen e. d.s . entsteht z. d.s. Selbstinduktion

verhindert nach der Lenzschen Regel einen Stromanstieg. Nach dem Ohmschen Gesetz gilt

Durch die Einführung einer neuen Variable , Lassen Sie uns diese Gleichung in die Form umwandeln

wobei t die Relaxationszeit ist.

Im Moment des Schließens (t=0) ist die Stromstärke I=0 und u= - . Daher ist die Integration über u (von - zu IR - ) und t (von 0 bis t ), wir finden

, (127.3)

Wo - Dauerstrom (bei t®¥).

Während des Einschaltvorgangs der Stromquelle ist der Anstieg der Stromstärke im Stromkreis somit durch die Funktion (127.3) gegeben und wird durch Kurve 2 in Abb. bestimmt. Die Stromstärke steigt vom Anfangswert I=0 an und tendiert asymptotisch zum stationären Wert. Die Geschwindigkeit des Stromanstiegs wird durch die gleiche Relaxationszeit t= L/R bestimmt wie die Stromabnahme. Der Stromaufbau erfolgt umso schneller, je geringer die Induktivität des Stromkreises und je größer sein Widerstand ist.

Schätzen wir den Wert der EMK. Selbstinduktion entsteht mit einem augenblicklichen Anstieg des Stromkreiswiderstands Gleichstrom von R o nach R Nehmen wir an, wir öffnen den Stromkreis, wenn ein stetiger Strom I o darin fließt = . Beim Öffnen des Stromkreises ändert sich der Strom gemäß Formel (127.2). Wenn wir den Ausdruck für I o und t einsetzen, erhalten wir

E.m.f. Selbstinduktion

d. h. mit einem deutlichen Anstieg des Widerstands des Stromkreises (R/R o >>1) bei hoher Induktivität, EMK. Die Selbstinduktion kann um ein Vielfaches höher sein als die EMK. Stromquelle im Stromkreis enthalten. Daher ist zu berücksichtigen, dass ein Stromkreis mit Induktivität nicht abrupt geöffnet werden kann, da dies (das Auftreten einer erheblichen Selbstinduktions-EMK) zu einem Isolationsdurchbruch und einem Ausfall von Messgeräten führen kann. Wenn allmählich Widerstand in den Stromkreis eingeführt wird, dann ist die EMK. Die Selbstinduktion wird keine großen Werte erreichen.

§ 128. Gegenseitige Induktion

Betrachten wir zwei feste Konturen (1 und 2), die ziemlich nahe beieinander liegen (Abb. 184). Wenn im Stromkreis 1 Strom fließt I 1 , dann ist der durch diesen Strom erzeugte magnetische Fluss (das diesen Fluss erzeugende Feld ist in der Abbildung als durchgezogene Linien dargestellt) proportional zu I 1 . Bezeichnen wir mit Ф 21 den Teil der Strömung, der den Kreislauf 2 durchdringt. Dann

wo L 21 - Proportionalitätsfaktor.

Ändert sich der Strom I 1, so wird im Stromkreis 2 eine EMK induziert. , was nach dem Faradayschen Gesetz (siehe (123.2)) gleich und entgegengesetzt im Vorzeichen der Änderungsrate des magnetischen Flusses Ф 21 ist, der durch den Strom im ersten Stromkreis erzeugt wird und den zweiten Stromkreis durchdringt:

Wenn der Strom I 2 im Stromkreis 2 fließt, dringt der magnetische Fluss (sein Feld ist in Abb. 184 durch gestrichelte Linien dargestellt) in ähnlicher Weise in den ersten Stromkreis ein. Wenn Ф 12 Teil dieser Strömung ist, die den Kreislauf 1 durchdringt, dann

Ändert sich der Strom I 2, dann im Stromkreis 1 induziert durch e.m.f. . , das gleich und im Vorzeichen entgegengesetzt zur Änderungsrate des magnetischen Flusses Ф 12 ist, der durch den Strom im zweiten Stromkreis erzeugt wird und den ersten durchdringt:

Das Phänomen des Auftretens von EMK in einem der Stromkreise, wenn sich die Stromstärke im anderen ändert, wird aufgerufen gegenseitige Induktion. Die Proportionalitätskoeffizienten L 21 und L 12 werden aufgerufen Gegeninduktivität der Stromkreise. Durch Erfahrung bestätigte Berechnungen zeigen, dass L 21 und L 12 einander gleich sind, d.h.

. (128.2)

Die Koeffizienten L 12 und L 21 hängen von der geometrischen Form, den Abmessungen, relative Position Konturen und von der magnetischen Permeabilität der die Konturen umgebenden Umgebung. Die Einheiten der Gegeninduktivität sind die gleichen wie für die Induktivität , - Henry(Gn).

Berechnen wir die Gegeninduktivität zweier Spulen, die auf einen gemeinsamen Ringkern gewickelt sind. Dieser Fall hat großartig praktische Bedeutung(Abb. 185). Magnetische Induktion des von der ersten Spule erzeugten Feldes mit der Anzahl der Windungen N 1, Strom I 1 und magnetische Permeabilität m des Kerns gemäß (119.2),

wo l - Kernlänge Mittellinie. Magnetischer Fluss durch eine Windung der zweiten Spule .

Dann beträgt der gesamte magnetische Fluss (Flussverkettung) durch die Sekundärwicklung mit N 2 Windungen

Der Fluss y wird durch den Strom I 1 erzeugt, daher erhalten wir gemäß (128.1).

(128.3)

Wenn wir den magnetischen Fluss berechnen, der von Spule 2 durch Spule 1 erzeugt wird, erhalten wir für L 12 einen Ausdruck gemäß Formel (128.3). Somit ist die gegenseitige Induktivität zweier Spulen auf einen gemeinsamen Ringkern gewickelt ,

Transformer

Das Funktionsprinzip von Transformatoren zur Erhöhung oder Verringerung der Wechselspannung basiert auf dem Phänomen der Gegeninduktion. Transformatoren wurden erstmals von dem russischen Elektroingenieur P. N. Jablotschkow (1847–1894) und dem russischen Physiker I. F. Usagin (1855–1919) entworfen und in die Praxis umgesetzt. Das schematische Diagramm des Transformators ist in Abb. 186 dargestellt. Die Primär- und Sekundärspulen (Wicklungen) mit N 1 bzw. N 2 Windungen sind auf einem geschlossenen Eisenkern montiert. Da die Enden der Primärwicklung mit einer Wechselspannungsquelle mit EMK verbunden sind. , dann entsteht darin ein Wechselstrom I 1, der im Transformatorkern einen magnetischen Wechselfluss F erzeugt, der fast vollständig im Eisenkern lokalisiert ist und daher die Windungen der Sekundärwicklung fast vollständig durchdringt. Eine Änderung dieses Flusses führt zum Auftreten einer EMK in der Sekundärwicklung. gegenseitige Induktion und im Primärbereich - EMK. Selbstinduktion. Der Strom I 1 der Primärwicklung wird nach dem Ohmschen Gesetz bestimmt:

wobei R 1 der Widerstand der Primärwicklung ist. Der Spannungsabfall I 1 R 1 am Widerstand R 1 in sich schnell ändernden Feldern ist daher im Vergleich zu jeder der beiden EMKs gering

E.m.f. Gegeninduktion entsteht in der Sekundärwicklung ,

. (129.2)

Wenn wir die Ausdrücke (129.1) und (129.2) vergleichen, stellen wir fest, dass die EMK in der Sekundärwicklung entsteht, wobei das Minuszeichen angibt, dass die EMK. in der Primär- und Sekundärwicklung sind gegenphasig.

Das Verhältnis der Windungszahlen N 2 /N 1 gibt an, wie oft die EMK. In der Sekundärwicklung des Transformators ist mehr (oder weniger) als in der Primärwicklung, das sogenannte Übersetzungsverhältnis.

Unter Vernachlässigung der Energieverluste, die in modernen Transformatoren nicht mehr als 2 % betragen und hauptsächlich mit der Freisetzung von Joule-Wärme in den Wicklungen und dem Auftreten von Wirbelströmen verbunden sind, und unter Anwendung des Energieerhaltungssatzes können wir schreiben, dass der Strom eingeht Beide Wicklungen des Transformators sind nahezu gleich :

von wo aus wir unter Berücksichtigung der Beziehung (129.3) finden.

Das heißt, die Ströme in den Wicklungen sind umgekehrt proportional zur Anzahl der Windungen in diesen Wicklungen.

Wenn N 2 /N 1 > 1, dann haben wir es mit einem Aufwärtstransformator zu tun, der die variable EMK erhöht. und Reduzierung des Stroms (wird beispielsweise zur Übertragung von Elektrizität über große Entfernungen verwendet, da in in diesem Fall Joulesche Wärmeverluste, proportional zum Quadrat des Stroms, werden reduziert); wenn N 2 /N 1 < 1, dann haben wir es mit einem Abwärtstransformator zu tun, der die EMK reduziert. und zunehmender Strom (wird beispielsweise beim Elektroschweißen verwendet, da ein hoher Strom bei niedriger Spannung erforderlich ist).

Wir haben Transformatoren mit nur zwei Wicklungen betrachtet. In Funkgeräten verwendete Transformatoren verfügen jedoch über 4-5 Wicklungen mit unterschiedlichen Betriebsspannungen. Ein Transformator, der aus einer Wicklung besteht, wird Spartransformator genannt. Im Fall eines Aufwärtsspartransformators ist die EMK. wird einem Teil der Wicklung und der Sekundär-EMK zugeführt. wird aus der gesamten Wicklung entfernt. Bei einem Abwärtsspartransformator wird die Netzspannung an die gesamte Wicklung und die Sekundär-EMK angelegt. wird von einem Teil der Wicklung entfernt.

Metallteile in einem Auto oder verschiedenen elektrischen Geräten können sich in einem Magnetfeld bewegen und Stromleitungen kreuzen. Dadurch entsteht Selbstinduktion. Wir schlagen vor, abnormale Foucault-Wirbelströme, Luftströme, ihre Definition, Anwendung, ihren Einfluss und die Art und Weise zu berücksichtigen, wie Wirbelstromverluste in einem Transformator reduziert werden können.

Das Faradaysche Gesetz besagt, dass eine Änderung des magnetischen Flusses auch im leeren Raum ein induziertes elektrisches Feld erzeugt.

Wird eine Metallplatte in diesen Raum eingeführt, bewirkt das induzierte elektrische Feld, dass ein elektrischer Strom durch das Metall fließt. Diese induzierten Ströme werden Wirbelströme genannt.

Foto: Wirbelströme

Foucault-Ströme sind Strömungen, deren Induktion in den leitenden Teilen verschiedener elektrischer Geräte und Maschinen erfolgt; Foucault-Ströme sind besonders gefährlich für den Durchgang von Wasser oder Gasen, weil. ihre Richtung ist grundsätzlich nicht kontrollierbar.

Wenn durch ein sich änderndes Magnetfeld induzierte Gegenströme erzeugt werden, verlaufen die Wirbelströme senkrecht zum Magnetfeld und ihre Bewegung verläuft kreisförmig, wenn das Feld gleichmäßig ist. Diese induzierten elektrischen Felder unterscheiden sich stark von den elektrostatischen elektrischen Feldern von Punktladungen.

Praktische Anwendungen von Wirbelströmen

Wirbelströme sind in der Industrie nützlich, um unerwünschte Energie abzuleiten, wie zum Beispiel den Schwingarm einer mechanischen Waage, insbesondere wenn der Strom sehr hoch ist. Der Magnet am Ende der Halterung erzeugt Wirbelströme in einer Metallplatte, die am Ende der Halterung befestigt ist, sagt Ansys.

Diagramm: Wirbelströme

Wirbelströmungen können, wie die Physik lehrt, auch als wirksame Bremskraft in Lokomotiven von Nahverkehrszügen genutzt werden. Elektromagnetische Geräte und Mechanismen im Zug in der Nähe der Schienen sind speziell darauf ausgelegt, Wirbelströme zu erzeugen. Dank der Strömungsbewegung wird ein sanfter Abstieg des Systems erreicht und der Zug hält an.

Wirbelströme sind in Messwandlern und für den Menschen schädlich. In einem Transformator wird ein Metallkern verwendet, um den Fluss zu erhöhen. Leider können im Anker oder Kern erzeugte Wirbelströme den Energieverlust erhöhen. Durch den Aufbau eines Metallkerns aus abwechselnden Schichten aus energieleitenden und nichtleitenden Materialien wird die Größe der induzierten Schleifen reduziert und somit der Energieverlust verringert. Die Geräusche, die der Transformator im Betrieb erzeugt, sind eine Folge genau dieser konstruktiven Lösung.

Video: Foucaultsche Wirbelströme

Noch eins interessante Verwendung Wirbelwellen – ihre Verwendung in Stromzählern oder in der Medizin. An der Unterseite jedes Zählers befindet sich eine dünne Aluminiumscheibe, die sich ständig dreht. Diese Scheibe bewegt sich in einem Magnetfeld, daher gibt es dort immer Wirbelströme, deren Zweck es ist, die Bewegung der Scheibe zu verlangsamen. Dadurch arbeitet der Sensor präzise und ohne Schwankungen.

Wirbel und Hauteffekt

Bei der Entstehung sehr starker Wirbelströme (bei Hochfrequenzstrom) wird die Stromdichte in Körpern deutlich geringer als auf deren Oberflächen. Hierbei handelt es sich um den sogenannten Skin-Effekt, mit dessen Methoden spezielle Beschichtungen für Drähte und Rohre hergestellt werden, die speziell für Wirbelströme entwickelt und unter extremen Bedingungen getestet werden.

Dies wurde vom Wissenschaftler Eckert bewiesen, der EMF- und Transformatoranlagen untersuchte.

Induktionsheizkreis

Wirbelstromprinzipien

Eine Kupferdrahtspule ist eine gängige Methode zur Reproduktion der Wirbelstrominduktion. Wechselstrom, der durch die Spule fließt, erzeugt ein Magnetfeld in und um die Spule. Die Magnetfelder bilden Linien um den Draht und verbinden sich zu größeren Schleifen. Wenn der Strom in einer Schleife zunimmt, dehnt sich das Magnetfeld auf einige oder alle nahe beieinander liegenden Drahtschleifen aus. Dies induziert eine Spannung in benachbarten Hystereseschleifen und verursacht einen Elektronenfluss oder Wirbelströme im elektrisch leitenden Material. Jeder Materialfehler, einschließlich Veränderungen der Wandstärke, Risse und andere Unregelmäßigkeiten, kann den Wirbelstromfluss verändern.

Ohm'sches Gesetz

Das Ohmsche Gesetz ist eine der grundlegendsten Formeln zur Bestimmung des elektrischen Flusses. Die Spannung dividiert durch den Widerstand (Ohm) bestimmt den elektrischen Strom in Ampere. Es muss daran erinnert werden, dass es keine Formel zur Berechnung von Strömen gibt; es ist notwendig, Beispiele zur Berechnung des Magnetfelds zu verwenden.

Induktivität

Wechselstrom, der durch die Spule fließt, erzeugt ein Magnetfeld in und um die Spule. Wenn der Strom ansteigt, induziert die Spule Zirkulationsströme (Wirbelströme) im leitenden Material, das sich neben der Spule befindet. Die Amplitude und Phase der Wirbelströme variieren je nach Spulenlast und ihrem Widerstand. Tritt im elektrisch leitenden Material an oder unter der Oberfläche eine Diskontinuität auf, wird der Wirbelstromfluss unterbrochen. Zur Einrichtung und Steuerung gibt es spezielle Geräte mit unterschiedlichen Kanalfrequenzen.

Magnetfelder

Das Foto zeigt, wie elektrische Wirbelströme in einer Spule ein Magnetfeld bilden. Die Spulen wiederum erzeugen Wirbelströme im elektrisch leitenden Material und erzeugen zudem eigene Magnetfelder.

Magnetfeld von Wirbelströmen

Fehlererkennung

Eine Änderung der Spannung an der Spule wirkt sich auf das Material aus. Das Scannen und Untersuchen von Wirbelströmen ermöglicht die Herstellung eines Geräts zur Messung von Oberflächen- und Untergrunddiskontinuitäten. Mehrere Faktoren beeinflussen, welche Mängel festgestellt werden können:

Die Leitfähigkeit des Materials hat einen erheblichen Einfluss auf den Verlauf der Wirbelströme;
Auch die Permeabilität eines leitfähigen Materials hat aufgrund seiner Magnetisierbarkeit einen großen Einfluss. Eine ebene Oberfläche lässt sich viel einfacher scannen als eine raue.
Die Eindringtiefe ist sehr sehr wichtig bei der Wirbelstromregelung. Ein Oberflächenriss ist viel einfacher zu erkennen als ein Defekt unter der Oberfläche.
Gleiches gilt für die Fläche. Je kleiner die Fläche, desto schneller erfolgt die Bildung von Wirbelströmen.

Erfassen einer Kontur mit einem Fehlersuchgerät

Es gibt Hunderte von Standard- und kundenspezifischen Sonden, die für bestimmte Arten von Oberflächen und Konturen hergestellt werden. Kanten, Rillen, Konturen und die Dicke des Metalls entscheiden über den Erfolg oder Misserfolg eines Tests. Eine Spule, die zu nah an der Oberfläche des leitfähigen Materials positioniert ist, hat die besten Chancen, Brüche zu erkennen. Bei komplexen Schaltkreisen wird die Spule in einen speziellen Block eingesetzt und an den Anschlüssen befestigt, wodurch Strom durch sie fließen und ihr Zustand überwacht werden kann. Viele Geräte erfordern spezielle Sonden- und Spulenformteile, um sich an die unregelmäßige Teileform anzupassen. Die Spule kann auch eine spezielle (universelle) Form haben, um zum Design des Teils zu passen.

Reduzierung von Wirbelströmen

Um die Wirbelströme der Induktoren zu reduzieren, ist es notwendig, den Widerstand dieser Mechanismen zu erhöhen. Insbesondere wird die Verwendung von verflüssigtem Draht und isolierten Drähten empfohlen.

Induktionsströme, die in massiven Massivleitern entstehen, werden aufgerufen Wirbelströme, oder Foucault-Ströme.

Die Stärke des Wirbelstroms erfüllt die Beziehung (15.5), wobei es sich um die Flussverknüpfung des geschlossenen Wirbelkreislaufs handelt

R- elektrischer Widerstand des Stromkreises dieses Stroms.

In massiven Leitern R ist klein und Foucault-Ströme können selbst in sich nicht sehr schnell ändernden Magnetfeldern große Stärken erreichen.

Gemäß der Lenz-Regel wählen Foucault-Ströme einen Weg und eine Richtung innerhalb eines Leiters, um der Änderung des magnetischen Flusses, der sie induziert, entgegenzuwirken. Daher erfahren gute Leiter, die sich in einem starken Magnetfeld bewegen, aufgrund der Wechselwirkung der Foucault-Ströme mit dem Magnetfeld eine starke Hemmung. Dies wird verwendet für Dämpfung(Beruhigung) beweglicher Teile von Galvanometern, Seismographen und anderen Instrumenten.

IN Wirbelströme führen zu einer ungleichmäßigen Verteilung des magnetischen Flusses über den Querschnitt des leitenden Kerns (Abb. 15.6): Bei einer hohen Stromfrequenz verläuft der magnetische Fluss nur in einer dünnen Oberflächenschicht des Kerns.

Wirbelströme führen dazu, dass die Leiter sehr heiß werden. Um Energieverluste aufgrund der Erwärmung der Transformatorkerne und Generatoranker zu vermeiden, sind sie nicht massiv gefertigt, sondern aus dünnen Platten zusammengesetzt, die durch Isolierschichten getrennt sind, sodass sie senkrecht zur möglichen Richtung der Foucault-Ströme positioniert sind. (Aussehen Ferrite(siehe Abschnitt 13.10.1) – magnetische Halbleitermaterialien mit hohem spezifischem Widerstand – ermöglichten die Herstellung von massiven Kernen).

Der thermische Effekt von Foucault-Strömen wird genutzt Induktionsöfen. Ein Induktionsofen ist eine Spule, durch deren Wicklungen ein Hochfrequenzstrom geleitet wird. Im Inneren der Spule wird ein Tiegel mit einer Substanz (Metall) platziert, in dem starke Wirbelströme entstehen. Die pro Zeiteinheit von einem Wirbelstrom freigesetzte Joulesche Wärme ist proportional zum Quadrat der Änderungsfrequenz des magnetischen Flusses. Bei dieser Methode werden Metalle im Vakuum geschmolzen. Das Ergebnis sind hochreine Materialien.

Wirbelströme entstehen auch in den Leitern selbst, durch die Wechselströme fließen: Ihre Richtung wird durch die Lenzsche Regel bestimmt, wie in Abb. 15.7.

R
Ist. 15.7

In beiden Fällen ist die Richtung der Wirbelströme so, dass sie der Änderung des Primärstroms im Inneren des Leiters entgegenwirken und dessen Änderung in der Nähe der Oberfläche fördern. Dadurch wird sozusagen ein schneller Wechselstrom auf die Drahtoberfläche verdrängt. Dieses Phänomen nennt man Hauteffekt(vom englischen Skin – Haut) oder Oberflächeneffekt. Aufgrund des Skin-Effekts werden Drähte für Hochfrequenzströme hohl ausgeführt.

15.4. Das Phänomen der Selbstinduktion. Induktivität

Selbstinduktion ist das Phänomen des Auftretens einer induktiven EMK in einem Stromkreis aufgrund einer Änderung des darin enthaltenen elektrischen Stroms.

Die Selbstinduktion ist ein Sonderfall der elektromagnetischen Induktion. Wenn sich der elektrische Strom in einem geschlossenen Stromkreis ändert, ändert sich der gesamte magnetische Fluss , verursacht durch das eigene Magnetfeld dieses Stroms. Nach dem Grundgesetz der elektromagnetischen Induktion (15.4) entsteht im Stromkreis eine elektromotorische Kraft der Selbstinduktion

. (15.6)

Aus dem Biot-Savart-Laplace-Gesetz (12.10) folgt diese magnetische Induktion IN Das geschlossene Feld mit Strom ist proportional zur Stromstärke ICH, also der gesamte magnetische Fluss ist auch proportional zur Stromstärke, d.h.

. (15.7)

Proportionalitätsfaktor L zwischen ihnen heißt Induktivität Kontur.

Lassen Sie uns die EMK ausdrücken. Selbstinduktion durch die Induktivität des Stromkreises, wobei (15.7) in (15.6) eingesetzt wird:

(15.8)

Wenn bei einer Änderung der Stromstärke die Induktivität konstant bleibt (dies ist ohne Ferromagnete möglich), d.h. L=konst, Das dL/dt=0, und die Beziehung (15.8) nimmt die Form an

. (15.9)

Nach der Lenzschen Regel EMK. Die Selbstinduktion wirkt der Stromänderung im Stromkreis entgegen, das heißt, sie verlangsamt dessen Anstieg oder Abfall. Das bedeutet es Die Induktivität eines Stromkreises ist ein Maß für seine Trägheit gegenüber Stromänderungen.

Induktivität L Der Stromkreis hängt von seiner Form und Größe sowie von den magnetischen Eigenschaften ab (von ) die Umgebung, die die Schaltung umgibt. Wenn der Stromkreis starr ist und sich in einem homogenen, isotropen, nicht ferromagnetischen Medium befindet, ist seine Induktivität ein konstanter Wert.

Als Einheit der Induktivität im SI-System wird die Induktivität eines Stromkreises angenommen, in dem mit einem Strom von 1 A ein Fluss von 1 Wb verbunden zu sein scheint. Diese Einheit heißt Henry (Hn):

Schauen wir uns einige Beispiele an.

Beispiel 1. Induktivität eines dünnen Magneten.

Das Senden Ihrer guten Arbeit an die Wissensdatenbank ist ganz einfach. Nutzen Sie das untenstehende Formular

Studierende, Doktoranden und junge Wissenschaftler, die die Wissensbasis in ihrem Studium und ihrer Arbeit nutzen, werden Ihnen sehr dankbar sein.

Gepostet auf http://www.allbest.ru/

Foucault-Ströme (zu Ehren von Foucault, Jean Bernard Leon) sind durch Wirbel geschlossene elektrische Ströme in einem massiven Leiter, die entstehen, wenn sich der magnetische Fluss, der ihn durchdringt, ändert. Wirbelströme sind induzierte Ströme und entstehen in einem leitenden Körper entweder durch eine zeitliche Änderung des Magnetfeldes, in dem sich der Körper befindet, oder durch die Bewegung des Körpers in einem Magnetfeld, was zu a führt Änderung des magnetischen Flusses durch den Körper oder einen Teil davon. Je schneller sich der magnetische Fluss ändert, desto größer ist die Stärke der Foucault-Ströme.

Wirbelströme wurden erstmals 1824 vom französischen Wissenschaftler D.F. Arago (1786–1853) in einer Kupferscheibe entdeckt, die sich auf einer Achse unter einer rotierenden Magnetnadel befand. Aufgrund von Wirbelströmen begann die Scheibe zu rotieren. Dieses als Arago-Phänomen bezeichnete Phänomen wurde einige Jahre später von M. Faraday unter dem Gesichtspunkt des von ihm entdeckten Gesetzes der elektromagnetischen Induktion erklärt: Ein rotierendes Magnetfeld induziert Ströme (Wirbelströme) in der Kupferscheibe, die mit dem Magneten interagieren Nadel. Wirbelströme wurden vom französischen Physiker Foucault (1819-1868) eingehend untersucht und nach ihm benannt. Er entdeckte das Phänomen der Erwärmung von Metallkörpern, die in einem Magnetfeld durch Wirbelströme rotiert werden.

Anders als elektrischer Strom in Drähten, der entlang genau definierter Bahnen fließt, schließen sich Wirbelströme direkt in der leitenden Masse und bilden wirbelartige Kreisläufe. Diese Stromkreise interagieren mit dem magnetischen Fluss, der sie erzeugt hat. Gemäß der Lenzschen Regel ist das Magnetfeld von Wirbelströmen so ausgerichtet, dass es der Änderung des magnetischen Flusses entgegenwirkt, die diese Wirbelströme induziert. Wirbelstromleiterinduktion

Foucault-Ströme entstehen unter Wechseleinfluss elektromagnetisches Feld und aufgrund ihrer physikalischen Natur unterscheiden sie sich nicht von Induktionsströmen, die in linearen Drähten entstehen. Sie sind Wirbel, das heißt in Ringen geschlossen. Der elektrische Widerstand eines massiven Leiters ist klein, daher erreichen Foucault-Ströme sehr große Werte große Stärke. Gemäß der Lenzschen Regel wählen sie innerhalb des Dirigenten eine solche Richtung und einen solchen Weg, dass sie der Ursache, die sie verursacht, widerstehen. Daher erfahren gute Leiter, die sich in einem starken Magnetfeld bewegen, aufgrund der Wechselwirkung der Foucault-Ströme mit dem Magnetfeld eine starke Hemmung. Diese Eigenschaft wird für bewegliche Teile von Galvanometern, Seismographen usw. genutzt. Der thermische Effekt von Foucault-Strömen wird in Induktionsöfen genutzt – ein leitfähiger Körper wird in eine Spule gelegt, die von einem Hochleistungs-Hochfrequenzgenerator gespeist wird, und es entstehen Wirbelströme es, erhitze es bis zum Schmelzen. Mit Hilfe von Foucault-Strömen werden die Metallteile von Vakuumanlagen erhitzt, um sie zu entgasen.

In vielen Fällen sind Foucault-Ströme unerwünscht, daher müssen besondere Maßnahmen zu ihrer Reduzierung ergriffen werden. Diese Ströme führen insbesondere zu einer Erwärmung der ferromagnetischen Kerne von Transformatoren und Metallteilen elektrischer Maschinen. Um Verluste zu reduzieren elektrische Energie Aufgrund des Auftretens von Wirbelströmen bestehen Transformatorkerne nicht aus einem massiven Stück Ferromagnet, sondern aus separaten Metallplatten, die durch eine dielektrische Schicht voneinander isoliert sind.

Führen wir das folgende Experiment durch:

Wir nehmen den Permanentmagneten (1) in die Hand und bewegen ihn schnell (3) über die Oberfläche des Kupfer-/Aluminiumblechs (2), wobei wir einen der Magnetpole auf Letzteres ausrichten, wie in Abb. 1 gezeigt.

Man spürt deutlich den Widerstand gegen solch eine schnelle Bewegung. Nun lassen wir den Magneten frei über die Oberfläche einer geneigten dicken Kupfer-/Aluminiumplatte gleiten. Man erkennt, dass das Gleiten des Magneten stark gehemmt ist und es sogar den Anschein hat, als würde der Magnet stärker gegen das Leiterblech gedrückt. Bei einem ähnlichen Experiment wird ein Permanentmagnet in ein vertikales Rohr aus Kupfer oder Aluminium geworfen. Die Standarderklärung ist, dass die Bewegung des Magneten durch Foucaultsche Wirbelströme gehemmt wird. Was jedoch verschwiegen wird, ist, dass die Gesamtmasse der an der Wirbelbewegung beteiligten Elektronen um ein Vielfaches geringer ist als die Masse eines Permanentmagneten. Und was hindert dann den Elektronenwirbel daran, sich hinter dem gleitenden Magneten zu bewegen? Es ist logisch anzunehmen, dass „freie“ Elektronen in einem elektrischen Leiter nicht wirklich frei sind. Zwischen den Atomen des Leiters gibt es ein bestimmtes Netzwerk elektrisch leitender Brücken, entlang derer sich Elektronen bewegen. Dieses Gitter bindet viele Wirbel der Foucault-Strömungen an sich Kristallgitter. Ein Experiment, bei dem eine massive Leiterbahn durch Sägemehl ersetzt wurde, zeigt jedoch, dass die Hemmung der Bewegung eines Permanentmagneten nicht mehr wahrnehmbar ist. Diese. Elektrisch leitende „Brücken“ zwischen den Atomen eines Leiters sind kein lokales Phänomen. „Brücken“ manifestieren sich auf einer Makroskala.

Aber setzen wir das Experiment mit dem fort, was wir in der Hand haben: Wir bewegen (3) den Magneten (1) schnell über die Oberfläche des Kupfer-/Aluminiumblechs (2) und richten dabei beide Pole auf letzteres aus, wie in Abb . 2.

In diesem Fall ist der gleiche Widerstand gegen schnelle Bewegungen zu spüren wie im ersten Experiment.

Wenn wir jedoch den Magneten drehen (1) und ihn schnell bewegen (3), senkrecht zur Geraden zwischen den Polen des Magneten (wie in Abb. 3 dargestellt), dann werden wir keinen Widerstand mehr gegen seine schnelle Bewegung feststellen.

Wohin gingen Foucaults Strömungen? Sie gingen nirgendwo hin, ihre Ebene begann gerade, die Ebene unseres Kupfer-/Aluminiumblechs zu schneiden, was den Anschein von … verursachte elektrische Ladung wie bei einem banalen unipolaren Stromgenerator. In unserem Fall Stromkreis Es stellte sich heraus, dass der „Wirbel“-Kreislauf nicht geschlossen war, sondern offen... im Makromaßstab. Was wiederum auf die Existenz elektrisch leitender „Brücken“ zwischen Leiteratomen im Makromaßstab schließen lässt.

Schematische Darstellung der Wirbelströme, die in einem Leiter entstehen, wenn sich der Fluss des durch ihn fließenden magnetischen Induktionsvektors ändert. I ist der sich ändernde Strom der Kernwicklung, der ein zeitlich veränderliches Magnetfeld verursacht.

Foucault-Ströme sind also Induktionsströme; sie entstehen entweder durch eine zeitliche Änderung des Magnetfeldes, in dem sich der Leiter befindet, oder durch die Bewegung eines leitenden Körpers in einem Magnetfeld, was zu a führt Änderung des magnetischen Flusses durch den Körper oder einen Teil davon. Foucault-Ströme schließen sich direkt in der leitenden Masse und bilden wirbelartige Kreisläufe. Die Richtungen der Wirbelströme werden durch die Lenzsche Regel bestimmt. Nach der Lenzschen Regel ist das Magnetfeld eines Wirbelstroms so ausgerichtet, dass es der Änderung des magnetischen Flusses entgegenwirkt, die diese Wirbelströme induziert.

Gemäß dem Joule-Lenz-Gesetz erwärmen Foucaultsche Ströme die Leiter, in denen sie entstehen, was zu Energieverlusten führt. Um sie zu reduzieren und den Effekt der „Verschiebung“ des Magnetfelds zu verringern, werden Magnetkerne nicht aus einem massiven Stück, sondern aus einzelnen, voneinander isolierten Platten hergestellt, ferromagnetische Materialien werden durch Magnetodielektrika usw. ersetzt. Das Phänomen der Heizleiter durch Foucault-Ströme werden zum Schmelzen und Oberflächenhärten von Metallen, zum Entgasen von Elementen, Armaturen für Vakuumgeräte usw. verwendet.

Wirbelströme entstehen auch im Leiter selbst, durch den Wechselstrom fließt, was zu einer ungleichmäßigen Stromverteilung über den Leiterquerschnitt führt. In Momenten zunehmenden Stroms im Leiter werden Induktionswirbelströme entlang des Primärstroms an der Oberfläche des Leiters und an der Achse des Leiters in Richtung des Stroms gerichtet. Dadurch nimmt der Strom im Inneren des Leiters ab und an der Oberfläche zu (der Strom wird auf die Oberfläche des Leiters „verlagert“). Dieses Phänomen wird als elektrischer Skin-Effekt bezeichnet. Durch die Wechselwirkung von Wirbelströmen mit dem Hauptmagnetfluss wird der leitende Körper in Bewegung gesetzt. Dieses Phänomen wird in der Messtechnik, bei Wechselstrommaschinen usw. genutzt.

Auch in massiven massiven Leitern können Induktionsströme entstehen. In diesem Fall entsteht in der Dicke des Leiters selbst ein geschlossener Induktionsstromkreis, wenn er sich in einem Magnetfeld oder unter dem Einfluss eines magnetischen Wechselfelds bewegt. Diese Ströme sind nach dem französischen Physiker J.B.L. benannt. Foucault, der 1855 die Erwärmung ferromagnetischer Kerne elektrischer Maschinen und anderer metallischer Körper in einem magnetischen Wechselfeld entdeckte und diesen Effekt durch die Anregung induzierter Ströme erklärte. Diese Ströme werden heute Wirbelströme oder Foucault-Ströme genannt.

Befindet sich der Eisenkern in einem magnetischen Wechselfeld, dann unter dem Einfluss von Induktion elektrisches Feld Es werden innere Wirbelströme induziert – Foucault-Ströme, die zu seiner Erwärmung führen. Da die elektromotorische Kraft der Induktion immer proportional zur Schwingungsfrequenz des Magnetfelds ist und der Widerstand massiver Leiter gering ist, wird sie bei hohen Frequenzen in den Leitern gemäß dem Joule-Lenz-Gesetz freigesetzt. große Menge Hitze.

Wirbelströme werden häufig zum Schmelzen von Metallen in sogenannten Induktionsöfen, zum Erhitzen und Schmelzen von Metallwerkstücken sowie zur Herstellung hochreiner Legierungen und Metallverbindungen eingesetzt. Dazu wird das Metallwerkstück in einen Induktionsofen (eine Magnetspule, durch die Wechselstrom geleitet wird) gelegt. Dann entstehen nach dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion im Inneren des Metalls Induktionsströme, die das Metall erhitzen und zum Schmelzen bringen können. Durch die Erzeugung eines Vakuums im Ofen und die Anwendung von Wärme (in diesem Fall erhitzen die Kräfte des elektromagnetischen Feldes das Metall nicht nur, sondern halten es auch außer Kontakt mit der Kammeroberfläche) werden besonders reine Metalle und Legierungen erhalten .

Wirbelströme haben in der Magnetbremse einer Stromzählerscheibe eine nützliche Anwendung gefunden. Während sie rotiert, durchquert die Scheibe Magnetfelder Stromleitungen Dauermagnet. In der Scheibenebene entstehen Wirbelströme, die wiederum eigene Wirbelströme erzeugen magnetische Flüsse in Form von Röhren um den Wirbelstrom. Durch die Wechselwirkung mit dem Hauptfeld des Magneten verlangsamen diese Strömungen die Scheibe. In einigen Fällen ist es möglich, mithilfe von Wirbelströmen technologische Operationen zu nutzen, die ohne hochfrequente Ströme nicht möglich sind. Beispielsweise ist es bei der Herstellung von Vakuuminstrumenten und -geräten erforderlich, Luft und andere Gase sorgfältig aus dem Zylinder abzupumpen. Allerdings enthalten die im Inneren der Flasche befindlichen Metallbeschläge Gasrückstände, die erst nach dem Aufbrühen der Flasche entfernt werden können. Um die Armaturen vollständig zu entgasen, wird ein Vakuumgerät im Feld eines Hochfrequenzgenerators platziert, durch die Wirkung von Wirbelströmen werden die Armaturen auf Hunderte Grad erhitzt und das verbleibende Gas neutralisiert.

Wirbelströme werden gefunden nützliche Anwendung in der Elektrometallurgie beim Induktionsschmelzen von Metallen und Oberflächenhärten mit Hochfrequenzströmen. Das Metall wird in ein magnetisches Wechselfeld gebracht, das durch einen Strom mit einer Frequenz von 500 – 2000 Hz erzeugt wird. Durch die induktive Erwärmung schmilzt das Metall, der Tiegel, in dem es sich befindet, bleibt jedoch kalt. Bei einer Stromversorgung von 600 kW schmilzt beispielsweise eine Tonne Metall in 40-50 Minuten.

Literatur

1. Sivukhin D.V.: Allgemeiner Kurs der Physik, Band 3.

2. Savelyev I.V.: Kurs der Allgemeinen Physik, Band 2

3. Zerstörungsfreie Prüfung: Nachschlagewerk.

Gepostet auf Allbest.ru

...