Tak zwane prądy wirowe lub pętlowe znane są nie tylko ze swoich ujemnych stron związanych ze stratami w mediach przewodzących. Doceniają je eksperci za wiele przydatnych zastosowań, z których jednym są nowoczesne piece indukcyjne. Aby poprawnie ocenić efekt wiru, musisz najpierw zrozumieć, jak to zjawisko fizyczne jest interpretowane w elektrotechnice.
Krótka definicja
Cykliczne (konturowe) formacje prądowe, które powstają pod działaniem zmiennych pól e / m o określonej mocy, nazywane są wirami. Imię naukowca, który jako pierwszy odkrył to zjawisko, nazywa się „prądami Foucaulta” (zdjęcie poniżej).
Przyczyną ich powstawania może być nie tylko zmieniające się pole e / m, ale także ruch w nim przewodnika, co biorąc pod uwagę względność wszystkich zjawisk, wcale nie jest zaskakujące. Niemożliwe jest określenie dokładnych trajektorii, po których płyną prądy Foucaulta. Na podstawie licznych eksperymentów można było upewnić się, że powstają one w strefach ośrodka przewodzącego, gdzie opór ruchu ładunków jest minimalny.
Funkcje prądów wirowych
Specyfika prądów Foucault polega na ich lokalizacji i bliskości do siebie, co jest przyczyną ich niezwykłych właściwości (w porównaniu z „klasycznym” liniowym ruchem ładunków). Podobnie jak zwykłe prądy oddziałują z polem magnetycznym, które je wytworzyło, ale to wzajemne działanie wyraża się tutaj w szczególny sposób. Zgodnie z prawem Lenza „lokalne” pola elektromagnetyczne, które wytwarzają, manifestują się w taki sposób, aby przeciwdziałać zmianie strumienia magnetycznego, który je spowodował. Oznacza to, że będą wspierać malejące pole i oprzeć się jego gwałtownemu wzrostowi.
Zjawisko to powoduje wzrost formacji wirowych w ośrodku przewodzącym z gwałtownym spadkiem jego oporu. Naturalnym efektem tych procesów jest silne nagrzewanie się przewodzącego podłoża, którego temperatura sięga 800 stopni. W takim przypadku występują duże straty energii przenoszonej przez ośrodek przewodzący, co jest uważane za negatywną stronę zjawiska. Stopień nagrzania i wielkość strat zależą bezpośrednio od częstotliwości indukowanego prądu indukcyjnego (maksimum osiągane jest przy około 10 kHz).
Przydatne zastosowania prądów wirowych
Prądy Foucaulta charakteryzują się nie tylko negatywnymi objawami (w postaci strat energii).
Twórcy nowoczesnego sprzętu znaleźli dla nich przydatne aplikacje, a mianowicie:
- efekt Foucaulta jest stosowany w miernikach indukcyjnych, gdzie są używane jako tłumik;
- w produkcji pieców indukcyjnych do hutnictwa stali działających na zasadzie nagrzewania metali przez przepływające przez nie prądy;
- w razie potrzeby tłumienie siłowników (strzałki) w laboratoryjnych przyrządach pomiarowych.
W dzisiejszych budynkach mieszkalnych instalowane są płyty indukcyjne, działające z powodu tego samego efektu prądów wirowych (zdjęcie poniżej).