Tóm tắt về chủ đề "Vật lý" Chủ đề: "Dòng điện Foucault và ứng dụng của chúng. Dòng xoáy Foucault

Các bộ phận kim loại trong ô tô hoặc nhiều thiết bị điện có khả năng chuyển động trong từ trường và cắt nhau với các đường sức. Do đó, tự cảm ứng được hình thành. Chúng tôi đề xuất xem xét các dòng điện xoáy Foucault bất thường, dòng khí, định nghĩa, ứng dụng, ảnh hưởng của chúng và cách giảm tổn thất dòng điện xoáy trong máy biến áp.

Theo định luật Faraday, sự thay đổi trong từ thông tạo ra điện trường cảm ứng ngay cả trong không gian trống.

Nếu một tấm kim loại được đưa vào không gian này, điện trường cảm ứng dẫn đến dòng điện trong kim loại. Các dòng điện cảm ứng này được gọi là dòng điện xoáy.

Ảnh: Dòng điện xoáy

Dòng điện Foucault là dòng chảy, sự cảm ứng được thực hiện trong các bộ phận dẫn điện của các thiết bị điện và máy móc khác nhau, dòng điện Foucault đi lạc đặc biệt nguy hiểm đối với sự đi qua của nước hoặc khí, bởi vì. về nguyên tắc không thể kiểm soát được hướng của chúng.

Nếu các dòng ngược cảm ứng được tạo ra bởi một từ trường thay đổi, thì các dòng xoáy sẽ vuông góc với từ trường và chuyển động của chúng sẽ được thực hiện theo hình tròn nếu từ trường đều. Điện trường cảm ứng này rất khác với điện trường tĩnh điện của các điện tích điểm.

Ứng dụng thực tế của dòng điện xoáy

Dòng điện xoáy rất hữu ích trong công nghiệp để tiêu tán năng lượng không mong muốn, chẳng hạn như trong cánh tay đòn cân bằng cơ học, đặc biệt nếu dòng điện rất cao. Nam châm ở cuối giá đỡ điều chỉnh dòng điện xoáy trong một tấm kim loại gắn vào cuối giá đỡ, ansys nói.

Sơ đồ: dòng xoáy

Các dòng xoáy, như vật lý đã dạy, cũng có thể được sử dụng như một lực hãm hiệu quả trong động cơ của một đoàn tàu chuyển tuyến. Các thiết bị và cơ cấu điện từ trên tàu gần đường ray được điều chỉnh đặc biệt để tạo ra các dòng điện xoáy. Do sự chuyển động của dòng điện, hệ thống thu được một sự giảm tốc trơn tru và đoàn tàu dừng lại.

Dòng điện xoắn có hại trong máy biến áp dụng cụ và đối với con người. Một lõi kim loại được sử dụng trong máy biến áp để tăng dòng điện. Thật không may, dòng điện xoáy tạo ra trong phần ứng hoặc lõi có thể làm tăng tổn thất năng lượng. Bằng cách xây dựng một lõi kim loại của các lớp vật liệu dẫn điện và không dẫn điện xen kẽ, kích thước của các vòng dây cảm ứng được giảm xuống, do đó giảm tổn thất năng lượng. Tiếng ồn mà máy biến áp tạo ra trong quá trình vận hành chỉ là kết quả của một giải pháp mang tính xây dựng như vậy.

Video: Dòng xoáy Foucault

Một công dụng thú vị khác của sóng xoáy là việc sử dụng chúng trong đồng hồ đo điện hoặc y học. Dưới đáy mỗi quầy là một đĩa nhôm mỏng luôn quay. Đĩa này chuyển động trong từ trường nên ở đó luôn có các dòng điện xoáy, mục đích là làm chậm chuyển động của đĩa. Nhờ đó, cảm biến hoạt động chính xác và không bị rớt.

Vortices và hiệu ứng da

Trong trường hợp khi dòng điện xoáy rất mạnh phát sinh (ở dòng điện tần số cao), mật độ dòng điện trong các vật thể trở nên ít hơn nhiều so với bề mặt của chúng. Đây được gọi là hiệu ứng da và các phương pháp của nó được sử dụng để tạo ra các lớp phủ đặc biệt cho dây điện và đường ống, được phát triển đặc biệt cho dòng điện xoáy và được thử nghiệm trong các điều kiện khắc nghiệt.

Điều này đã được chứng minh bởi nhà khoa học Eckert, người đã nghiên cứu EMF và việc lắp đặt máy biến áp.

Sơ đồ sưởi ấm cảm ứng

Nguyên tắc hiện tại xoáy

Một cuộn dây đồng là một kỹ thuật phổ biến để tái tạo cảm ứng dòng điện xoáy. Dòng điện xoay chiều đi qua cuộn dây tạo ra từ trường trong và xung quanh cuộn dây. Các từ trường tạo thành các đường xung quanh dây và kết nối để tạo thành các vòng lớn hơn. Nếu tăng cường độ dòng điện trong một vòng dây thì từ trường sẽ mở rộng qua một số hoặc tất cả các vòng dây ở gần nhau. Điều này tạo ra một điện áp trong các vòng trễ liền kề và tạo ra một dòng electron, hoặc dòng điện xoáy, trong vật liệu dẫn điện. Bất kỳ khiếm khuyết nào trong vật liệu, bao gồm cả những thay đổi về độ dày của tường, vết nứt và các vết đứt gãy khác, đều có thể làm thay đổi dòng chảy của dòng điện xoáy.

Định luật Ohm

Định luật Ohm là một trong những công thức cơ bản nhất để xác định dòng điện. Điện áp chia cho điện trở, tính bằng ôm, xác định cường độ dòng điện, tính bằng ampe. Cần phải nhớ rằng không có công thức tính dòng điện, cần phải sử dụng các ví dụ để tính toán từ trường.

Điện cảm

Dòng điện xoay chiều đi qua cuộn dây tạo ra từ trường trong và xung quanh cuộn dây. Khi dòng điện tăng lên, cuộn dây tạo ra sự luân chuyển của dòng điện (xoáy) trong vật liệu dẫn điện liền kề với cuộn dây. Biên độ và pha của dòng điện xoáy sẽ thay đổi tùy thuộc vào tải của cuộn dây và điện trở của nó. Nếu sự cố xảy ra trong vật liệu dẫn điện tại hoặc dưới bề mặt, dòng điện xoáy sẽ bị gián đoạn. Để thiết lập và kiểm soát nó, cần có các thiết bị đặc biệt với các tần số kênh khác nhau.

Từ trường

Bức ảnh cho thấy dòng điện xoáy tạo thành từ trường trong cuộn dây như thế nào. Đến lượt mình, các cuộn dây tạo ra dòng điện xoáy trong vật liệu dẫn điện và cũng tạo ra từ trường của chính chúng.

Từ trường của dòng điện xoáy

Nội soi khuyết tật

Sự thay đổi điện áp trên cuộn dây sẽ ảnh hưởng đến vật liệu, nghiên cứu quét và dòng điện xoáy cho phép sản xuất một công cụ để đo sự gián đoạn bề mặt và bề mặt dưới bề mặt. Một số yếu tố sẽ ảnh hưởng đến những thiếu sót có thể được tìm thấy:

1. Độ dẫn điện của vật liệu có ảnh hưởng đáng kể đến đường đi của dòng điện xoáy;
2. Tính thẩm thấu của vật liệu dẫn điện cũng có tác động rất lớn do khả năng bị nhiễm từ. Bề mặt phẳng dễ quét hơn bề mặt gồ ghề.
3. Độ sâu của sự xâm nhập là rất quan trọng trong việc kiểm soát các dòng xoáy. Một vết nứt trên bề mặt dễ phát hiện hơn nhiều so với một khuyết tật dưới bề mặt.
4. Điều tương tự cũng áp dụng cho diện tích bề mặt. Diện tích càng nhỏ thì sự hình thành dòng xoáy càng nhanh.

Phát hiện đường viền bằng máy dò lỗ hổng

Có hàng trăm đầu dò tiêu chuẩn và đặc biệt được sản xuất cho các loại bề mặt và đường viền cụ thể. Các cạnh, rãnh, đường viền và độ dày kim loại đều góp phần vào sự thành công hay thất bại của một bài kiểm tra. Một cuộn dây quá gần bề mặt của vật liệu dẫn điện sẽ có cơ hội tốt nhất để phát hiện ra các vết đứt. Đối với các mạch điện phức tạp, cuộn dây được đưa vào một khối đặc biệt và gắn vào phần ứng, cho phép dòng điện đi qua nó và kiểm soát tình trạng của nó. Nhiều thiết bị yêu cầu đầu dò và khuôn cuộn đặc biệt để phù hợp với hình dạng bất thường của bộ phận. Cuộn dây cũng có thể có hình dạng đặc biệt (phổ biến) để phù hợp với thiết kế của bộ phận.

Chúng tôi giảm dòng điện xoáy

Để giảm dòng điện xoáy của cuộn cảm, cần phải tăng điện trở trong các cơ chế này. Đặc biệt, nên sử dụng dây cấp phép và dây cách điện.

Hãy đặt một cuộn dây trong từ trường xoay chiều. Cuộn dây được đóng lại, trong khi không có điện kế trong mạch, điều này có thể cho thấy sự hiện diện của dòng điện cảm ứng trong mạch của chúng ta. Nhưng dòng điện có thể được phát hiện, vì vật dẫn sẽ nóng lên khi dòng điện đi qua nó. Nếu, mà không thay đổi các kích thước khác của cuộn dây, chỉ tăng độ dày của dây mà từ đó tạo ra mạch, thì EMF cảm ứng ($ \ varepsilon_i \ sim \ frac (\ Delta Ф) (\ Delta t) $) sẽ không thay đổi, vì tốc độ thay đổi sẽ vẫn giữ nguyên từ thông. Tuy nhiên, điện trở của cuộn dây sẽ giảm ($ R \ sim \ frac (1) (S) $). Kết quả là, dòng điện cảm ứng sẽ tăng lên ($ I_i $). Công suất tỏa ra dưới dạng nhiệt trong mạch tỷ lệ thuận với $ I_i \ varepsilon_i $, do đó, nhiệt độ của vật dẫn sẽ tăng lên. Và như vậy, kinh nghiệm cho thấy rằng một miếng kim loại khi đặt trong từ trường sẽ nóng lên, điều này cho thấy sự xuất hiện của dòng điện cảm ứng trong vật dẫn có khối lượng lớn khi từ thông thay đổi. Các dòng điện như vậy được gọi là dòng điện xoáy hoặc dòng điện Foucault.

Định nghĩa dòng điện Foucault

Sự định nghĩa

Dòng điện Foucault gọi là dòng điện tích cảm ứng xoáy xuất hiện trong vật dẫn khi đặt vật dẫn trong từ trường xoay chiều.

Thuộc tính của dòng Foucault

Theo bản chất của chúng, dòng điện xoáy không khác với dòng điện cảm ứng xuất hiện trong dây dẫn.

Hướng và cường độ của dòng điện Foucault phụ thuộc vào hình dạng của dây dẫn kim loại, vào hướng của từ thông xoay chiều, tính chất của kim loại và tốc độ thay đổi của từ thông. Sự phân bố dòng điện Foucault trong kim loại có thể rất phức tạp.

Trong các vật dẫn có chiều vuông góc với chiều của dòng điện cảm ứng, dòng điện xoáy có thể rất lớn, làm tăng thân nhiệt đáng kể.

Tính chất của dòng điện xoáy để đốt nóng vật dẫn được dùng trong lò cảm ứng để nấu chảy kim loại.

Dòng điện Foucault, giống như các dòng điện cảm ứng khác, tuân theo quy tắc Lenz, nghĩa là, chúng có hướng tương tác của chúng với từ trường sơ cấp làm chậm chuyển động gây ra cảm ứng.

Ví dụ về các vấn đề với một giải pháp

ví dụ 1

Tập thể dục."Làm dịu từ trường", được sử dụng trong các dụng cụ đo điện là gì?

Dung dịch. Hãy xem xét thí nghiệm sau đây. Chúng tôi sẽ treo một mũi tên từ tính nhẹ vào sợi (Hình 1).

Nếu mũi tên này để chính nó, nó được đặt ở vị trí cân bằng theo hướng từ bắc xuống nam. Khi lệch khỏi vị trí cân bằng, nó sẽ dao động điều hòa trong thời gian dài nếu ma sát trong dây treo nhỏ. Chúng ta hãy đặt một tấm đồng lớn có khối lượng đáng kể dưới mũi tên ở một khoảng cách nhỏ so với nó. Sự dao động tắt dần của mũi tên trong trường hợp này sẽ xảy ra rất nhanh, làm một hoặc hai lần xoay mũi tên thì nó sẽ về vị trí cân bằng. Nguyên nhân là do khi kim nam châm chuyển động trong dây dẫn đồng, dòng điện Foucault được sinh ra, tương tác của dòng điện này với từ trường, theo quy luật Lenz, làm chậm chuyển động của nam châm. Động năng truyền cho kim từ trường tại thời điểm đẩy, do dòng điện xoáy, được chuyển thành nội năng của đồng, làm tăng nhiệt độ của đồng. Hiện tượng này được gọi là "từ tính làm dịu".

Ví dụ 2

Tập thể dục. Một đồng xu kim loại rơi giữa các cực của một nam châm điện. Lần thứ nhất nam châm tắt, lần thứ hai nam châm hoạt động. Trong trường hợp nào đồng xu sẽ giảm nhanh hơn?

Dung dịch. Nếu có từ trường giữa các cực của nam châm điện thì đồng xu sẽ từ từ chìm xuống, như thể nó đang chuyển động trong một chất lỏng nhớt chứ không phải trong không khí. Đồng xu bị giảm tốc bởi các lực tác dụng từ phía của từ trường lên các dòng điện xoáy gây ra trong đồng xu khi nó rơi trong từ trường. Tốc độ chuyển động của nó sẽ nhỏ hơn đáng kể so với khi tắt từ trường.

Câu trả lời. Tốc độ rơi nhỏ hơn khi nam châm ở trên.

Điện bao quanh chúng ta không chỉ trong sản xuất, mà còn trong cuộc sống hàng ngày. Một người thậm chí có thể không biết dòng xoáy là gì, nhưng phải đối mặt với công việc họ làm hàng ngày. Ví dụ, mọi người từ lâu đã quen với việc bật đèn bằng cách nhấn công tắc đơn giản mà không cần nghĩ đến các quá trình diễn ra trong quá trình này. Đó là những gì đã xảy ra trong trường hợp này. Vì vậy, để hiểu những gì ẩn dưới thuật ngữ "Dòng điện xoáy Foucault" và xác định cơ chế xuất hiện của chúng, cần phải nhớ lại các tính chất của dòng điện. Nhưng trước tiên, chúng ta hãy trả lời câu hỏi "tại sao chính xác là Foucault"?

Lần đầu tiên, dòng điện xoáy được đề cập đến trong các tác phẩm của nhà vật lý người Pháp D. F. Arago, ông thu hút sự chú ý đến hành vi kỳ lạ của một đĩa đồng, trên đó có một mũi tên từ hóa đang quay. Không rõ lý do, đĩa bắt đầu quay cùng với chuyển động quay của mũi tên. Vào thời điểm đó (1824) họ vẫn chưa thể giải thích được hành vi đó, vì vậy hiện tượng này được gọi là “hiện tượng Arago”. Vài năm sau, một nhà khoa học khác, M. Faraday, áp dụng định luật cảm ứng điện từ do ông phát hiện ra cho hiện tượng Arago, đã đưa ra kết luận rằng trong trường hợp này chuyển động của đĩa có thể dễ dàng giải thích theo quan điểm của luật đã nói. Theo giải thích được đề xuất, một từ trường quay tác động lên các nguyên tử của vật dẫn (đĩa đồng) và gây ra sự xuất hiện chuyển động có hướng của các hạt mang điện (phân cực) trong cấu trúc. Một trong những tính chất của dòng điện là luôn có từ trường xung quanh vật dẫn. Có thể dễ dàng đoán rằng các dòng xoáy cũng tạo ra trường riêng của chúng, trường này tương tác với trường chính tạo ra chúng. Từ "xoáy" đặc trưng cho cách các dòng điện như vậy truyền trong vật dẫn: các hướng của chúng được lặp lại. Dựa trên công trình của Arago và Faraday, nhà vật lý Foucault đã nghiêm túc nghiên cứu các dòng xoáy. Do đó tên nhận được.

Các dòng điện này không khác nhiều so với dòng điện cảm ứng do máy phát điện tạo ra. Nếu có một từ trường xoáy (xoay chiều, quay) và một vật dẫn gần đó, thì dòng điện được cảm ứng trong nó do tác dụng của điện từ trường. Vật dẫn càng lớn và có khối lượng càng lớn thì giá trị hiệu dụng của dòng điện tạo ra càng cao. Hơn nữa, dòng điện xoáy luôn tạo ra một từ trường chống lại sự thay đổi của dòng chảy. Với sự gia tăng của dòng nguyên nhân gốc, EMF ngược lại tăng, và khi giảm, ngược lại, trường dòng xoáy duy trì dòng chính. Những điều trên tuân theo định luật Lenz.

Trong các trường hợp khác, một số thuộc tính của dòng điện xoáy là nhu cầu. Ví dụ, hoạt động của lò luyện thép cảm ứng dựa trên sự đốt nóng của một vật dẫn lớn do tác động của dòng điện xoáy do một máy phát điện đặc biệt gây ra. Ngoài ra, chúng được sử dụng để xác định sự hiện diện của các khuyết tật không thể nhận thấy trong cấu trúc kim loại.

Dòng xoáy là gì

Dòng điện xoáy được coi là một trong những hiện tượng kỳ thú nhất gặp phải trong kỹ thuật điện. Thật đáng ngạc nhiên là nhân loại đã học được cách sử dụng các khía cạnh tiêu cực của hoạt động của dòng xoáy vào mục đích tốt.

Lịch sử phát hiện ra dòng xoáy

Năm 1824, nhà vật lý người Pháp Daniel Arago lần đầu tiên quan sát thấy hoạt động của dòng điện xoáy trên một đĩa đồng nằm dưới một kim từ tính trên một trục. Khi mũi tên quay, các dòng điện xoáy được tạo ra trong đĩa, khiến đĩa chuyển động. Hiện tượng này được gọi là "hiệu ứng Arago" để vinh danh người phát hiện ra nó.

Nhà vật lý người Pháp Jean Foucault tiếp tục nghiên cứu dòng điện xoáy. Ông đã mô tả chi tiết bản chất và nguyên lý hoạt động của chúng, đồng thời quan sát hiện tượng đốt nóng một nam châm dẫn điện quay trong từ trường tĩnh. Các dòng chảy có tính chất mới cũng được đặt theo tên của nhà nghiên cứu.

Bản chất của dòng xoáy

Dòng điện Foucault có thể xảy ra khi vật dẫn tiếp xúc với từ trường xoay chiều, hoặc khi vật dẫn được chuyển động trong từ trường tĩnh. Bản chất của dòng điện xoáy tương tự như dòng điện cảm ứng xảy ra trong dây dẫn thẳng khi có dòng điện chạy qua chúng. Hướng của các dòng điện xoáy đóng thành vòng tròn và ngược chiều với lực gây ra chúng.

Dòng Foucault trong hoạt động kinh tế của con người

Ví dụ đơn giản nhất về biểu hiện của dòng điện Foucault trong cuộc sống hàng ngày là tác dụng của chúng lên mạch từ của máy biến áp cuộn dây. Do tác dụng của dòng điện cảm ứng, rung động tần số thấp xuất hiện (máy biến áp kêu ồn), góp phần làm nóng mạnh. Trong trường hợp này, năng lượng bị lãng phí và hiệu quả của việc lắp đặt giảm xuống. Để ngăn ngừa tổn thất đáng kể, lõi của máy biến áp không được làm thành một mảnh mà được đúc từ các dải thép mỏng có độ dẫn điện thấp. Các dải được cách ly với nhau bằng vecni kỹ thuật điện hoặc một lớp vảy. Sự xuất hiện của các nguyên tố ferit làm cho nó có thể thực hiện các mạch từ có kích thước nhỏ trong một mảnh.

Tác dụng của dòng điện xoáy được sử dụng ở khắp mọi nơi trong công nghiệp và kỹ thuật. Tàu Maglev sử dụng dòng điện Foucault để phanh, các thiết bị chính xác cao có hệ thống giảm chấn con trỏ chỉ dựa trên tác động của dòng điện xoáy. Trong luyện kim, lò cảm ứng được sử dụng rộng rãi, có rất nhiều ưu điểm so với các cách lắp đặt tương tự. Trong lò cảm ứng, kim loại được nung nóng có thể được đặt trong không gian không có không khí, đạt được quá trình khử khí hoàn toàn. Sự nóng chảy cảm ứng của kim loại đen cũng trở nên phổ biến trong luyện kim do hiệu quả cao của việc lắp đặt.

Dòng điện Foucault là gì, công dụng hữu ích của chúng, bạn phải xử lý chúng trong những trường hợp nào?

Dòng điện xoáy hay dòng điện Foucault (để vinh danh J. B. L. Foucault) là dòng điện cảm ứng xoáy xảy ra trong vật dẫn khi từ thông xuyên qua chúng thay đổi.

Sử dụng hữu ích
.... Thuộc tính này được sử dụng để giảm chấn các bộ phận chuyển động của điện kế, máy đo địa chấn, v.v.
Hiệu ứng nhiệt của dòng điện Foucault được sử dụng trong lò cảm ứng - thân dẫn điện được đặt trong một cuộn dây được nuôi bởi máy phát công suất cao tần số cao, dòng điện xoáy phát sinh trong đó, làm nóng nó đến tan chảy.
Với sự trợ giúp của dòng điện Foucault, các bộ phận kim loại của hệ thống chân không được làm nóng để khử khí.

Yuri Masalyga

Khi dòng điện đi qua vật dẫn, một từ trường được tạo ra vuông góc với dòng điện chạy qua (quy tắc gimlet). Trường này tạo ra dòng Foucault. Với đủ dòng điện và độ dày của dây dẫn, dòng điện Foucault trở nên đáng kể và gây ra hiện tượng nóng dây dẫn. Do đó, các dây dẫn được làm bện và các mạch từ của máy biến áp được tuyển chọn từ các tấm cách điện riêng biệt - điều này ngăn ngừa quá nhiệt.

Kirill Gribkov

Dòng điện cảm ứng (dòng điện Foucault) là dòng điện cảm ứng kín trong các vật dẫn lớn phát sinh dưới tác dụng của điện trường xoáy do từ trường xoay chiều tạo ra. Dòng điện xoáy dẫn đến tổn thất năng lượng để làm nóng dây dẫn mà chúng sinh ra; để giảm các tổn hao này, mạch từ của các máy và thiết bị dòng điện xoay chiều được chế tạo bằng các tấm thép cách điện.

Sergey x

Dòng điện xoáy, dòng điện Foucault, được sử dụng để làm nóng chảy và làm cứng bề mặt kim loại, và tác dụng năng lượng của chúng được sử dụng trong bộ giảm rung của các bộ phận chuyển động của dụng cụ và thiết bị, trong phanh cảm ứng (trong đó một đĩa kim loại lớn quay trong trường nam châm điện) , vân vân.

Trong các thiết bị điện, dụng cụ và máy móc, các bộ phận kim loại đôi khi chuyển động trong từ trường hoặc các bộ phận kim loại đứng yên bị cắt ngang bởi các đường sức của từ trường có độ lớn khác nhau. Trong các bộ phận kim loại này được cảm ứng.

Dưới ảnh hưởng của những e. d.s. trong khối lượng của một dòng chảy phần kim loại dòng xoáy (dòng Foucault), đóng lại trong khối, tạo thành các mạch dòng điện xoáy.

Dòng điện xoáy (cũng là dòng điện Foucault) là dòng điện sinh ra do cảm ứng điện từ trong môi trường dẫn điện (thường là kim loại) khi từ thông xuyên qua nó thay đổi.

Dòng điện xoáy tạo ra từ thông riêng của chúng, do đó, ngược lại từ thông của cuộn dây và làm suy yếu nó. Ngoài ra, chúng còn khiến lõi nóng lên, gây lãng phí năng lượng.

Để có một lõi vật liệu kim loại. Chúng tôi đặt một cuộn dây trên lõi này, qua đó chúng tôi đi qua. Xung quanh cuộn dây sẽ có dòng điện xoay chiều chạy qua lõi. Trong trường hợp này, một EMF cảm ứng sẽ được tạo ra trong lõi, do đó, tạo ra dòng điện trong lõi, được gọi là dòng điện xoáy. Các dòng điện xoáy này làm nóng lõi. Vì điện trở của lõi nhỏ nên dòng điện cảm ứng trong lõi có thể khá lớn, và sự nóng lên của lõi có thể đáng kể.

Dòng xoáy lần đầu tiên được phát hiện bởi nhà khoa học người Pháp D.F. Arago (1786 - 1853) năm 1824 trong một đĩa đồng nằm trên một trục dưới kim từ trường quay. Do dòng điện xoáy, đĩa quay. Hiện tượng này, được gọi là hiện tượng Arago, được M. Faraday giải thích vài năm sau trên quan điểm của những gì ông đã khám phá ra.

Dòng xoáy được nhà vật lý người Pháp Foucault (1819-1868) nghiên cứu chi tiết và đặt theo tên của ông. Ông gọi là hiện tượng đốt nóng các vật thể kim loại quay trong từ trường là dòng điện xoáy.

Ví dụ, hình vẽ cho thấy dòng điện xoáy được tạo ra trong một lõi lớn được đặt trong một cuộn dây được luân chuyển bằng dòng điện xoay chiều. Từ trường xoay chiều tạo ra dòng điện đóng dọc theo các đường đi nằm trong mặt phẳng vuông góc với phương của trường.

Dòng điện xoáy: a - trong lõi lớn, b - trong lõi phiến

Các cách giảm dòng Foucault

Điện năng tiêu thụ để làm nóng lõi bằng dòng điện xoáy làm giảm hiệu quả của các thiết bị kỹ thuật kiểu điện từ một cách vô ích.

Để giảm sức mạnh của dòng điện xoáy, điện trở của mạch từ được tăng lên; đối với điều này, các lõi được tuyển từ các tấm mỏng (0,1-0,5 mm) riêng biệt được cách ly với nhau bằng cách sử dụng một loại véc ni hoặc quy mô đặc biệt.

Các lõi từ của tất cả các máy và thiết bị điện xoay chiều và lõi của các neo của máy điện một chiều được lắp ráp từ các tấm cách ly với nhau bằng vecni hoặc màng không dẫn điện bề mặt (phốt phát hóa), được dập từ thép tấm. Mặt phẳng của các tấm phải song song với hướng của từ thông.

Với sự phân chia tiết diện của lõi mạch từ như vậy, dòng điện xoáy bị suy yếu đáng kể, vì từ thông liên kết các mạch dòng điện xoáy bị giảm, và do đó, e do các dòng điện này gây ra cũng giảm. d.s., tạo ra các dòng điện xoáy.

Các chất phụ gia đặc biệt cũng được đưa vào vật liệu cốt lõi, điều này cũng làm tăng nó.Để tăng khả năng chịu điện của nam châm, người ta pha chế thép điện với phụ gia silic.

Lõi của một số cuộn dây (suốt chỉ) được làm từ các đoạn dây sắt đã được ủ. Các thanh sắt được đặt song song với các đường sức từ. Dòng điện xoáy chạy trong mặt phẳng vuông góc với phương của từ thông được giới hạn bởi các gioăng cách điện. Đối với các mạch từ của các thiết bị và dụng cụ hoạt động ở tần số cao, các điện từ được sử dụng. Để giảm bớt dòng điện xoáy trong dây dẫn, dây dẫn sau được chế tạo dưới dạng một bó lõi riêng lẻ cách ly với nhau.

Ứng dụng của dòng điện Foucault

Dòng điện xoáy đã được ứng dụng hữu ích trong thiết bị hãm từ tính của đĩa đồng hồ đo điện. Đang quay, đĩa chéo. Trong mặt phẳng của đĩa, các dòng điện xoáy phát sinh, do đó, tạo ra các từ thông riêng của chúng dưới dạng các ống xung quanh dòng điện xoáy. Tương tác với trường chính của nam châm, các dòng chảy này làm chậm đĩa.

Trong một số trường hợp sử dụng dòng điện xoáy, có thể sử dụng các thao tác công nghệ mà không thể áp dụng dòng điện cao tần. Ví dụ, khi sản xuất các thiết bị và dụng cụ chân không từ xi lanh, cần phải bơm không khí và các khí khác một cách cẩn thận. Tuy nhiên, có cặn khí trong các phụ kiện kim loại bên trong xi lanh, chỉ có thể được loại bỏ sau khi xi lanh đã được bịt kín. Để thoát khí hoàn toàn của các phụ kiện, một thiết bị chân không được đặt trong trường của máy phát tần số cao, do tác động của dòng điện xoáy, các phụ kiện nóng lên đến hàng trăm độ, trong khi khí còn lại được trung hòa.

Dòng điện xoáy cũng hữu ích trong việc làm cứng bề mặt với dòng điện tần số cao.

Việc sử dụng dòng điện xoáy trong cảm ứng làm cứng kim loại

Dòng điện Foucault(hay dòng điện xoáy) được gọi là dòng điện có bản chất cảm ứng, xuất hiện trong các vật dẫn có khối lượng lớn trong từ trường xoay chiều. Các mạch kín của dòng điện xoáy xuất hiện trong chiều sâu của bản thân vật dẫn. Điện trở của một vật dẫn lớn là nhỏ, do đó, dòng Foucault có thể đạt giá trị lớn. Cường độ của dòng điện xoáy phụ thuộc vào hình dạng và tính chất của vật liệu làm dây dẫn, hướng của từ trường xoay chiều và tốc độ thay đổi từ thông. Sự phân bố dòng điện Foucault trong một vật dẫn có thể rất phức tạp.

Nhiệt lượng tỏa ra cho dòng điện Foucault trong 1 đô la s $ tỷ lệ với bình phương tần số của sự thay đổi trong từ trường.

Theo định luật Lenz, dòng điện Foucault chọn các hướng như vậy để tác động vào nguyên nhân gây ra chúng. Điều này có nghĩa là nếu vật dẫn chuyển động trong từ trường, thì nó phải bị hãm mạnh, nguyên nhân là do sự tương tác của dòng điện Foucault và từ trường.

Hãy để chúng tôi đưa ra một ví dụ về sự xuất hiện của những cái kiềng của Foucault. Hãy buộc một đĩa đồng có đường kính $ 5 cm $ và độ dày $ 6 mm $ rơi vào một khe hẹp giữa các cực của một nam châm điện. Nếu tắt từ trường, đĩa sẽ rơi nhanh chóng. Bật nam châm điện. Trường phải lớn (khoảng $ 0,5T $). Sự rơi của đĩa sẽ trở nên chậm và giống như chuyển động trong môi trường rất nhớt.

Ứng dụng của dòng điện Foucault

Dòng điện Foucault đóng một vai trò hữu ích trong rôto của động cơ cảm ứng, được dẫn động quay bởi từ trường. Việc thực hiện chính nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ đòi hỏi sự xuất hiện của dòng điện Foucault.

Dòng điện Foucault được sử dụng để làm giảm độ chuyển động của các bộ phận chuyển động của điện kế, máy đo địa chấn và một số dụng cụ khác. Vì vậy, một tấm được lắp đặt trên bộ phận chuyển động của thiết bị - một dây dẫn ở dạng khu vực. Nó được đưa vào khe giữa các cực của một nam châm vĩnh cửu mạnh. Khi tấm kim loại di chuyển, dòng điện Foucault xuất hiện trong đó, làm cho hệ thống chạy chậm lại. Hơn nữa, phanh chỉ xuất hiện khi đĩa chuyển động. Do đó, loại thiết bị làm dịu này không can thiệp vào việc đến chính xác của hệ thống ở trạng thái cân bằng.

Nhiệt lượng do dòng điện Foucault tỏa ra được sử dụng trong các quá trình gia nhiệt. Do đó, việc nung chảy kim loại bằng dòng điện Foucault là rất thuận lợi so với các phương pháp gia nhiệt khác. Cái gọi là lò cảm ứng là một cuộn dây qua đó có tần số cao và dòng điện cao chạy qua. Một cơ quan dẫn điện được đặt bên trong cuộn dây, dòng điện xoáy có cường độ cao xuất hiện trong đó, làm nóng chất cho đến khi nó nóng chảy. Đây là cách nấu chảy kim loại được thực hiện trong chân không, dẫn đến sản xuất vật liệu có độ tinh khiết cao.

Khi sử dụng dòng điện Foucault, các bộ phận kim loại bên trong của hệ thống chân không sẽ được nung nóng để tẩy dầu mỡ.

Sự cố gây ra dòng điện xoáy. Da - hiệu ứng

Dòng điện Foucault có thể không chỉ đóng một vai trò hữu ích. Dòng điện xoáy là dòng điện dẫn và một phần năng lượng bị tiêu tán thành nhiệt Joule giải phóng. Ví dụ, năng lượng như vậy trong rôto của động cơ cảm ứng, thường được làm bằng sắt từ, làm nóng các lõi, do đó làm giảm hiệu suất của chúng. Để chống lại hiện tượng này, các lõi được sản xuất dưới dạng các tấm mỏng, chúng được ngăn cách bởi các lớp cách điện mỏng và các tấm được lắp đặt sao cho dòng điện Foucault hướng qua các tấm. Với độ dày nhỏ của các tấm, dòng xoáy có mật độ thể tích thấp. Với sự ra đời của sắt và các chất có điện trở từ cao, người ta có thể chế tạo lõi rắn.

Dòng điện xoáy xảy ra trong dây dẫn trong đó dòng điện xoay chiều chạy qua và hướng của dòng điện Foucault sao cho dòng điện bên trong dây dẫn yếu đi và tăng cường nó gần bề mặt. Do đó, dòng điện thay đổi nhanh chóng được phân bố không đều trên tiết diện dây dẫn. Hiện tượng như vậy được gọi là hiệu ứng da(hiệu ứng bề mặt). Do hiện tượng này, phần bên trong của dây dẫn trở nên vô dụng, và các ống được sử dụng làm dây dẫn trong mạch tần số cao. Hiệu ứng da có thể được sử dụng để làm nóng lớp bề mặt của kim loại, điều này có thể sử dụng hiện tượng này để làm cứng kim loại và bằng cách thay đổi tần số trường, có thể tiến hành làm cứng ở bất kỳ độ sâu cần thiết nào.

Các công thức gần đúng có thể mô tả hiệu ứng da trong một dây dẫn hình trụ đồng nhất:

Bức tranh 1.

trong đó $ R_w $ là điện trở hiệu dụng của dây dẫn bán kính $ r $ đối với dòng điện xoay chiều có tần số tuần hoàn $ w $. $ R_0 $ - điện trở của dây dẫn đối với dòng điện một chiều.

Trong đó độ sâu xuyên qua hiệu dụng của dòng điện xoay chiều ($ \ delta $) (khoảng cách từ bề mặt của vật dẫn mà mật độ dòng điện giảm $ e = 2,7 \ $ lần so với mật độ trên bề mặt của nó) bằng:

$ \ mu $ - độ từ thẩm tương đối, $ (\ mu) _0 $ - hằng số từ tính, $ \ sigma $ - độ dẫn dòng điện một chiều. Dây dẫn càng dày, hiệu ứng da càng đáng kể, nên tính đến các giá trị $ w $ và $ \ sigma $ tại đó nó càng nhỏ.

ví dụ 1

Tập thể dục: Trong một thí nghiệm với máy ly tâm, một đĩa đồng lớn được gắn vào nó, và đĩa này quay với tốc độ cao. Một kim từ tính được treo (không tiếp xúc) trên đĩa. Điều gì sẽ xảy ra với mũi tên, tại sao?

Dung dịch:

Kim từ hoạt động như một nam châm tạo ra từ trường, một dây dẫn bằng đồng quay trong từ trường này. Do đó, dòng điện cảm ứng phát sinh trong vật dẫn - dòng điện Foucault. Theo quy luật Lenz, các dòng điện xoáy, tương tác với từ trường, có xu hướng dừng chuyển động quay của đĩa hoặc theo định luật thứ ba của Newton, kéo theo kim từ tính. Điều này có nghĩa là kim từ tính treo phía trên đĩa sẽ quay sau nó và quay dây treo (sợi chỉ).

Câu trả lời: Kim từ tính sẽ quay, nguyên nhân là do dòng điện xoáy.

Ví dụ 2

Tập thể dục: Giải thích tại sao không được đặt cáp ngầm mang dòng điện xoay chiều gần các ống dẫn khí và nước bằng kim loại?

Dung dịch:

Dưới tác dụng của dòng điện xoay chiều sẽ sinh ra từ trường xoay chiều xung quanh dây cáp, nếu một dây dẫn (ống kim loại) đi vào từ trường này thì sẽ xảy ra dòng điện xoáy cảm ứng. Các dòng điện này gây ra sự ăn mòn các đường ống kim loại. Ngoài ra, sự hiện diện của dòng điện trong đường ống rất nguy hiểm, vì có thể xảy ra điện giật.

Ví dụ 3

Tập thể dục: Con lắc, được làm bằng đồng tấm dày, có hình dạng của một khu vực bị cắt ngắn. Nó được treo trên một thanh và có thể dao động tự do quanh trục nằm ngang trong từ trường giữa các cực của một nam châm điện mạnh. Trong điều kiện không có từ trường, con lắc dao động điều hòa gần như không tắt dần. Mô tả dao động của con lắc trong từ trường của nam châm điện. Làm thế nào để con lắc dao động điều hòa gần như không tắt dần khi có từ trường?

Dung dịch:

Nếu con lắc có khối lượng lớn được mô tả, thực hiện dao động, được đặt trong một từ trường mạnh, thì dòng điện Foucault xuất hiện trong con lắc. Theo quy luật Lenz, các dòng điện này làm chậm chuyển động của con lắc, biên độ dao động giảm dần và dao động tự nó sớm dừng lại.

Để giảm dòng điện cảm ứng xoáy trong một con lắc dao động trong từ trường, người ta có thể thay thanh răng rắn của nó bằng một cái lược có răng kéo dài. Các dòng điện Foucault sẽ giảm và con lắc sẽ dao động mà hầu như không có sự tắt dần.