Вихрові струми

Файл:20. Валтенхофеново правило.ogv

Механізм виникнення вихрових струмів у металевій шайбі.

Вихрові струми, струми Фуко названі на честь Леона Фуко — вихрові індукційні струми, які виникають у масивних провідниках при зміні магнітного потоку, який їх пронизує.

Вперше вихрові струми виявлені французьким ученим Франсуа Араго (1786—1853) в 1824 р. у мідному диску, розташованому на осі під магнітною стрілкою, яка оберталася. За рахунок вихрових струмів диск теж обертався. Це явище, назване явищем Араго, було пояснене декілька років по тому M. Фарадеєм з позицій відкритого ним закону електромагнітної індукції: магнітне поле, яке обертається, індукує у мідному диску струми (вихрові), які взаємодіють з магнітною стрілкою. Вихрові струми названі на честь французького фізика Фуко (1819—1868). Він відкрив явище нагрівання металічних тіл, які обертаються у магнітному полі, вихровими струмами.== Потужність вихрових струмів ==

Струми Фуко виникають під дією змінного електромагнітного поля і за своєю фізичною природою нічим не відрізняються від індукційних струмів, що виникають у лінійних провідниках.

Оскільки електричний опір провідників малий, то сила струмів Фуко може досягати великих значень. Згідно з правилом Ленца вони вибирають у провіднику такий напрямок, щоб протистояти причині, яка їх викликає. Тому у сильному магнітному полі провідники, які рухаються, витримують сильне гальмування, яке пояснюється взаємодією струмів Фуко з магнітним полем. Цей ефект застосовується для демпфування рухливих частин гальванометрів, сейсмографів тощо.

Теплова дія струмів Фуко використовується в індукційних печах — у котушку, яка живиться від високочастотної батареї великої сили поміщають тіло-провідник, у якому виникають вихрові струми, які розігрівають його до плавлення.

У багатьох випадках струми Фуко небажані, шкідливі. Для боротьби з ними застосовують спеціальні заходи: наприклад, якоря трансформаторів набираються з тонких пластин. Поява феритів зробила можливим виготовлення цих провідників суцільними.

В англомовній літературі вживається виключно термін «вихрові струми» (Шаблон:Lang-en), тоді як термін «струми Фуко» (Шаблон:Lang-en) практично невідомий.

Потужність вихрових струмів

За певних припущень (однорідний матеріал, однорідне магнітне поле, немає Скін-ефекту і т.д.) потужність втрат через вихрові струми на одиницю маси для тонкого листа або дроту, можна розрахувати за таким рівнянням: $$P=\frac{{\pi }^2{B_{\text{p}}}^2{d}^2{f}^2}{6k\rho D},$$ де

• Шаблон:Math — потужність втрат на одиницю маси (Вт/кг),
• Шаблон:Math — пікове магнітне поле (T),
• Шаблон:Math — товщина листа або діаметр дроту (м),
• Шаблон:Math — частота намагнічення (Гц),
• Шаблон:Math — константа що дорівнює 1 для тонкого листа і 2 для дроту,
• Шаблон:Math — питомий опір матеріалу (Ом м), і
• Шаблон:Math — густина матеріалу (кг/м³).

Це рівняння дійсне лише за так званих квазістатичних умов, де частота намагніченості не призводить до скін-ефекту; тобто електромагнітна хвиля повністю проникає в матеріал.

Див. також

• Вихрострумовий неруйнівний контроль

Література

• Сивухин Д. В.: Общий курс физики, том 3. Электричество. 1977
• Савельев И. В.: Курс общей физики, том 2. Электричество. 1970
• Неразрушающий контроль: справочник: В 7т. Под общ. ред. В. В. Клюева. Т. 2: В 2 кн.-М.: Машиностроение, 2003.-688 с.: ил.

Посилання

• Eddy current separator Cogelme — video and more info Шаблон:Webarchive
• Eddy Current Knowledge Summary — TWI
• ЕлектротехнікаШаблон:Недоступне посилання
• Eddy Currents and Lenz's Law (Audio slideshow from the National High Magnetic Field Laboratory)