Vrtložne struje
Pod utjecajem ovih itd. c. u masi metalnog dijela vrtložne struje (Foucaultove struje), koje su zatvorene u masi, tvoreći lance vrtložnih struja.
Vrtložne struje (također Foucaultove struje) su električne struje koje nastaju kao rezultat elektromagnetske indukcije u vodljivom mediju (obično metalu) kada se mijenja magnetski tok koji kroz njega prolazi.
Vrtložne struje stvaraju vlastite magnetske tokove, koji kroz Lenzovo pravilo, suprotstavljaju se magnetskom toku zavojnice i oslabljuju je. Oni također uzrokuju zagrijavanje jezgre, što je gubitak energije.
Neka ima jezgru od metalnog materijala. Na ovu jezgru stavljamo zavojnicu, uz koju prolazimo naizmjenična struja… Oko zavojnice bit će izmjenična magnetska struja koja prolazi kroz jezgru.U tom će se slučaju u jezgri inducirati inducirani EMF, što zauzvrat uzrokuje struje u jezgri koje se nazivaju vrtložne struje. Ova vrtložna strujanja zagrijavaju jezgru. Budući da je električni otpor jezgre nizak, inducirane struje inducirane u jezgrama mogu biti prilično velike, a zagrijavanje jezgre može biti znatno.
Pojava Foucaultovih struja (vrtložnih struja)
Vrtložne struje prvi je otkrio francuski znanstvenik D.F. Arago (1786 — 1853) 1824. u bakrenom disku smještenom na osi ispod rotirajuće magnetske igle. Zbog vrtložnih struja disk se počeo okretati. Ovaj fenomen, nazvan Aragoov fenomen, nekoliko godina kasnije objasnio je M. Faraday s pozicije zakon elektromagnetske indukcije.
Vrtložne struje detaljno je proučavao francuski fizičar Foucault (1819. - 1868.) i po njemu su dobile ime. Pojavu zagrijavanja metalnih tijela koja rotiraju u magnetskom polju nazvao je vrtložnim strujama.
V kao primjer na sl. nepokriveno prikazuje vrtložne struje inducirane u masivnoj jezgri smještenoj u izmjeničnu zavojnicu. Izmjenično magnetsko polje inducira struje koje su zatvorene duž staza koje leže u ravninama okomitima na smjer polja.
Vrtložna strujanja: a — u masivnoj jezgri, b — u lamelarnoj jezgri
Načini smanjenja Foucaultovih struja
Snaga potrošena za zagrijavanje jezgre vrtložnim strujama beskorisno smanjuje učinkovitost tehničkih uređaja elektromagnetskog tipa.
Kako bi se smanjila snaga vrtložnih struja, povećava se električni otpor magnetskog kruga; za to se jezgre skupljaju iz zasebnih tankih (0,1-0,5 mm) ploča, međusobno izoliranih posebnim lakom ili kamenom.
Magnetske jezgre svih strojeva i uređaja za izmjeničnu struju i armaturne jezgre strojeva za istosmjernu struju sastavljene su od lakiranih ili površinski nevodljivih filmskih (fosfatnih) ploča, međusobno izoliranih, utisnutih od čeličnog elektrotehničkog lima. Ravnina ploča mora biti paralelna sa smjerom magnetskog toka.
S takvim odvajanjem presjeka jezgre magnetskog kruga, vrtložne struje su značajno oslabljene, budući da su magnetski tokovi koji blokiraju petlje vrtložnih struja smanjeni, a time i emf inducirana ovim strujama. itd. uz stvaranje vrtložnih struja.
U materijal jezgre također se uvode posebni aditivi koji ga također povećavaju. električni otpor. Za povećanje električnog otpora feromagneta, električni čelik se priprema s aditivom silicija.
Obloženi magnetski krug transformatora
Jezgre nekih zavojnica (zavojnice) izvlače se iz komada užarene željezne žice.Željezne trake postavljaju se paralelno s linijama magnetskog toka. Vrtložne struje koje teku u ravninama okomitim na smjer magnetskog toka ograničene su izolacijskim brtvama. Magnetodielektrici se koriste za magnetske jezgre uređaja i uređaja koji rade na visokoj frekvenciji. Kako bi se smanjile vrtložne struje u žicama, potonje su izrađene u obliku snopa pojedinačnih žica, izoliranih jedna od druge.
Lizendrat je sustav pletenih bakrenih žica u kojem je svaka jezgra izolirana od svojih susjeda. Čeoni vodič dizajniran je za korištenje s visokofrekventnim strujama kako bi se spriječila pojava lutajućih struja i Foucaultovih struja.
Primjena Foucaultovih struja
U nekim slučajevima, vrtložne struje se koriste u tehnici, na primjer za zaustavljanje rotirajućih masivnih dijelova. Elektromotorna sila inducirana u elementima izratka pri prelasku magnetskog polja uzrokuje zatvorene struje u njegovoj debljini, koje u interakciji s magnetskim poljem stvaraju značajne protumomente.
Takvo magnetno-induktivno kočenje također se široko koristi za smirivanje kretanja pokretnih dijelova električnih brojila, posebno za stvaranje protumomenta i zaustavljanje pokretnih dijelova električnih brojila.
U ovim uređajima, disk montiran na osi brojača rotira u rasporu trajnog magneta. Vrtložne struje inducirane u masi diska tijekom ovog gibanja, u interakciji s fluksom istog magneta, stvaraju suprotne i kočne momente.
Na primjer, vrtložne struje su otkrivene u uređaju za magnetsku kočnicu diska električnog brojila. Rotacija, disk se siječe trajni magnet magnetic field lines… Vrtložne struje nastaju u ravnini diska, koje zauzvrat stvaraju vlastite magnetske tokove u obliku cijevi oko vrtložne struje. U interakciji s glavnim poljem magneta, ti tokovi usporavaju disk.
U nekim slučajevima, uz pomoć vrtložnih struja, moguće je koristiti tehnološke operacije koje se ne mogu provesti bez visokofrekventnih struja. Na primjer, u proizvodnji vakuumskih uređaja i uređaja, potrebno je pažljivo evakuirati zrak i druge plinove iz cilindra. Međutim, u metalnim spojnicama unutar cilindra ima zaostalog plina, koji se može ukloniti tek nakon što se boca prokuha.
Za potpuno otplinjavanje armature, vakuumski uređaj se postavlja u polje visokofrekventnog generatora, kao rezultat djelovanja vrtložnih struja, armatura se zagrijava na stotine stupnjeva, sve dok se preostali plin ne neutralizira.
Primjena vrtložnih struja u indukcijskom kaljenju metala
Primjer korisne primjene vrtložnih struja izmjeničnog polja je električne indukcijske peći… U njima, visokofrekventno magnetsko polje koje stvara zavojnica koja okružuje lončić izaziva vrtložne struje u metalu u lončiću. Energija vrtložnih struja pretvara se u toplinu koja topi metal.