 |
Вихревые токи, токи Фуко (в честь Фуко, Жан Бернар Леон) - вихревые индукционные токи, возникающие в массивных проводниках при изменении пронзил-щего их магнитного потока.
|
|
|
|
Впервые вихревые токи были обнаружены французским ученым Д.Ф Араго (1786-1853) в 1824 г. в медном диске, расположенном на оси под вращающейся магнитной стрелке. За счет вихревых токов диск приходил в Обертан-ния. Это явление, названное явлением Араго, было объяснено через несколько лет M. Фарадеем с позиций открытого им закона электромагнитной индукции: маг-нитных поле вращающегося приводит в медном диске токи (вихревые), которые взаимодействуют с магнитной стрелкой. Вихревые токи были подробно исследованы французским физиком Фуко (1819-1868) и названы его именем. Он открыл явление нагрева металлических тел, вращающихся в магнитном поле, вихревыми токами.
Вихревые токи, токи Фуко, замкнутые электрические токи в массивном проводнике, возникающие при изменении пронизывающего его потока. Вихревые токи являются индукционными токами и образует-ся в ведущей теле в результате изменения во времени поля, в котором находится тело, или вследствие движения тела в поле потока приводит к изменению, через тело или какую-нибудь его часть. Величина вихревых токов тем больше, чем быстрее меняется поток.
В отличие от электрического тока в проводах, течет по точно определенным путям, вихревые токи замыкаются непосредственно в ведущей массе, образуя вихреподибни очертания. Эти контуры тока взаимодействуют с тем потоком, которые породил.
При высоких частотах поток проходит лишь в тонком поверхностном слое сердечника. Это вызывает уменьшение предполагаемой (средней по сечению) проницаемости. Явление вытеснения с ферромагнетика потока меняется с большой частотой, аналогично электрическому скин-эффекта. В соответствии с законом Джоуля - Ленца вихревые токи нагревают проводники, в которых они возникли. Поэтому вихревые токи приводят к потерям энергии в сердечниках трансформаторов и катушек переменного тока, в цепях электрических машин.
|
|
|
Сердечник статора машин переменного тока представляет собой полый цилиндр, который для снижения потерь на вихревые токи собирают из отдельных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Для изоляции листов друг от друга их покрывают или лаком, или оксидной пленкой. На внутренней цилиндрической поверхности статора имеются пазы, в которых размещают обмотку.
Для уменьшения потерь энергии на вихревые токи (и вредного нагрева и уменьшения эффекта "вытеснения" потока с ферромагнетиков, средоточие машин и аппаратов переменного тока делают не из сплошного куска ферромагнетика (электротехнической стали), а из отдельных пластин, изолированных друг от друга (например, специальным лаком). Такое распределение на пластины, расположенные перпендикулярно направлению вихревых токов, ограничивает возможные контуры путей вихревых токов, сильно уменьшает величину этих токов. При очень высоких частотах применение ферромагнетиков нецелесообразно; в этих случаях их делают из магнитодиэлектриков, в которых вихревые токи практически не возникают из-за очень большое сопротивление этих материалов.
Токи высокой частоты практически текут в тонком слое у поверхности проводника, внутри же проводника тока нет. Это явление называется электрическим скин-эффектом. Чтобы уменьшить потери энергии на вихревые токи, проведения большого сечения для переменного тока делают из отдельных жил, изолированных друг от друга.
Вихревые токи применяются для плавки и поверхностной закалки металлов, а их силовое воздействие используется в успокоителях колебаний Рухли вых частей приборов и аппаратов, в индукционных тормозах (в которых массивный ме-талевый диск вращается в поле электромагнитов) и т.п.
|
|
|
Индукционная плавильная печь, электротермическая установка для плавки материалов с использованием индукционного нагрева В промышленности применяют в основном индукционные тигельные печи и индукционные канальные печи (см.рис.).
Тигельная И. п. Состоит из индуктора, представляющего собой соленоид, выполненный из медной водоохлаждаемые трубки, и тигля, который в зависимости от свойств расплава изготовляется из керамических материалов, а в специальных случаях - из графита, стали и др. В тигельные И. п. Выплавляют сталь, чугун, драгоценные металлы, медь, алюминий, магний. Печи изготавливают из емкостью тигля от нескольких кг до нескольких сотен т. Они выполняются: открытыми, вакуумными, газонаполненными и компрессионными; питания печей осуществляется токами низкой, средней и высокой частоты.
Схемы индукционных плавильных печей:
а - тигельная, б - канальная;
1 - индуктор; 2 - расплавленный металл; 3 - тигель; 4 - магнитный сердечник; 5 - подовый камень с каналом тепловыделения.
СВЧ печи
В 1942 году американский физик Перси Спенсер обнаружил, что микроволны имеют тепловое воздействие. Как это произошло - неизвестно. Через три года после указанного события, физик получил патент на использование микроволн для приготовления пищи. И уже в 1947 в военных идалньях появились СВЧ печи. Новинка выглядела весьма специфично: высотой с человеческий рост, весом с лошадь - 340 кг. «Костяк» оборудования микроволновой печи состоит из трансформатора, магнетона и волновода. Магнетрон - суть вакуумный прибор, генерирующий высокочастотные волны, которые и являются основным топливом. Но для выработки волн напряжения 200 В недостаточно, поэтому питание магнетрона осуществляется через трансформатор. Для охлаждения магнетрона рядом с ним есть вентилятор, непрерывно обдувает его воздухом.
После магнетрона волны направляются в волновод - канал с металлическими стенками, отражающими излучение. Затем они проходят через слюдяной фильтр и попада ют в полость печи. Слюда - неотъемлемая часть любой СВЧ печки, что защищает волновод от пары пищи, разогревается, и жира. Впоследствии фильтр становятся рыхлым, но его можно быстро и недорого заменить в любом сервисном центре.
|
|
|
Полость микроволновки изготавливается из металла. В дешевых моделях внутренняя поверхность покрыта краской «под эмаль». Срок жизни такой имитации чрезвычайно короткий. Не пройдет и полугода, когда краска под воздействием высоких температур начнет трескаться и «облезать».
Более устойчивый вариант - эмалевое или керамическое покрытие. Стенки легко отмываются и выдерживают высокие температуры. Правда, есть недостатки: эмаль и керамика чувствительны к ударам. Загружая в печь посуду, можно случайно задеть стенки и повредить покрытие. Поэтому, на всякий случай, будьте осторожны. Именно ударопрочное решение- нержавеющая сталь. Плюс этого материала - прекрасное отражение микроволн.
Особая статья - дверца, по периметру которой вмонтирован уплотнитель из диэлектрического материала. Толщина уплотнителя составляет порядка четверти длины волны СВЧ-излучения. В итоге получается ловушка, которая надежно гасит излучение.
Контрольные вопросы
1.Поясните, в чем физическая сущность явления электромагнитной индукции.
2.От каких величин зависит значение индуцированной ЭДС?
3.Приведите примеры использования явления электромагнитной индукции в технике.
4.Чем отличается явление самоиндукции от электромагнитной индукции?
5. При каких обстоятельствах образуется ЭДС взаимоиндукции?
6. При каких обстоятельствах образуются вихревые токи?
7. Привести примеры использования вихревых токов в технике.
8. Почему надо избавляться от вихревых токов в большинстве случаев?
|
|
|
