Пророки вихря: как невидимая сила управляет плитой, замедляет поезда и разрушает трансформаторы

Представьте себе: поместите кастрюлю на индукционную плиту, и ее дно немедленно нагревается, хотя сама тарелка остается холодной. Рядом гудит трансформатор, который теряет часть своей энергии из -за течений, которые возникают в его дуге. А в метро поезда останавливается плавно без обычного скрипания тормозных колодок. Все эти процессы связаны с вихревыми токами, обнаруженными еще в 19 веке физикой Леон Фуко. Эти течения, как джин, выпущенный из лампы, могут быть как полезными и разрушительными. Давайте остановимся немного более подробно и поймем, как эта физическая сила влияет на нашу повседневную жизнь, промышленность и технологии.

Что такое вихревые токи?

Вихревые токи появляются, когда изменение магнитного поля пересекает проводник — будь то металл, медь или алюминий. Их можно рассматривать как кольцевые электрические токи, интенсивность которых зависит от скорости изменения магнитного поля и массивности проводника. Уникальность этих токов заключается в том, что для их генерации не требуется прямой контакт с источником электричества. Они генерируют тепло из -за потерь джоула и создают свое собственное магнитное поле. Даже в фиксированном проводнике вихревые токи могут возникнуть, если магнитное поле, применяемое к нему, изменяется.

Пророки вихря перпендикулярно магнитному потоку, создавая локальные кольца тока

Самый простой пример — эксперимент с вращающимся алюминиевым диском и магнитом. Когда магнит приближается к диску, его вращение замедляется. Это явление, известное как «магнитная задержка», демонстрирует, как вихревые токи создают силу, которая противодействует движению.

Важно отметить, что, проходя через сопротивление материала, вихревые токи генерируют тепло (эффект лежа джоула), что может быть как полезным, так и нежелательным. Сила вихревых токов (P) может быть рассчитана по формуле:

P = (2 * f² * bm² * d² * v) / (6 * ρ)

Где:

P — Потери от вихревых токов, w;
F — частота модификации магнитного поля, Гц;
BM — Амплитуда магнитной индукции, TL;
D — толщина проводника, м;
V — объем проводника, м³;
ρ-материал сопротивление, OM-M.

Враг электротехники: почему трансформеры «не любят» Foucault Comprents

Трансформаторы, ключевые элементы электроэнергии, сталкиваются с проблемой вихревых токов. Их металлические ядра, которые предназначены для передачи энергии, сами становятся источниками потерь. Вихревые токи, которые появляются в них, нагревают металл, превращая часть электричества в тепло. Этот «парадокс» состоит в том, что чем более мощный трансформатор, тем больше энергии теряется, чтобы нагреть ядро.

Основная задача состоит в том, что пластины трансформатора параллельны магнитному потоку.

Инженеры используют разные методы для уменьшения потерь. Одним из них является использование ядер, собранных из тонких изолированных пластин SH ПластиныS эта слоистая структура не позволяет свободно распространять вихревые токи. Другой подход заключается в использовании ферритов или аморфных металлов, которые имеют высокое сопротивление и, следовательно, более низкие потери, чем вихревые токи. Однако потери не могут быть полностью устранены, и в некоторых трансформаторах с высокой силой они могут достичь 15%.

Если магнитный проводник состоит из пластин, перпендикулярных магнитному потоку, будет идеальная среда для образования вихревых токов

Помощник кухни: индукционные плиты и их магия

Индукционная HOB является отличным примером использования вихревых токов в доме. Под его стеклянной поверхностью находится катушка, которая создает переменное магнитное поле. Это поле влияет на дно посуды, которая изготовлена из ферромагнитного материала, вызывая его вихревые токи. Эти токи быстро нагревают металл путем передачи тепла на пищу. В то же время сама столешница остается холодной, поскольку вихревые токи появляются только в материале судна. Индукционное нагревание очень эффективно и значительно превосходит газовые горелкиС

Индукционная плита в индукционной катушке, которая создает переменное магнитное поле

Следует отметить, что Алюминиевые сосуды не будут нагреваться на индукционной плите, поскольку алюминий не является ферромагнитным материаломНапример, стальный нож, при условии, что он изготовлен из ферромагнитной стали, будет очень быстро нагреваться.

Магнитное торможение: как остановить поезд, не крича

В поездах метро и высокой скорости вихревые токи используются для магнитного торможения, что заменяет традиционные тормозные колодки. Магниты установлены под вагонами, которые приближаются к рельсам при торможении. Токи Rhoose, возникающие в рельсах, создают силу, которая замедляет поездS Это торможение характеризуется гладкостью и долговечностью, так как нет износа деталей. Система работает эффективно даже на мокрые рельсы и при низких температурах. Однако на низких скоростях эффект ослабляется, а обычные обливания все еще используются в последней фазе торможения.

Вихревые токи вокруг нас гораздо чаще, чем мы думаем. В аэропортах они используются в детекторах металлов для обнаружения запрещенных объектов: токи, генерируемые в металле, искажают магнитное поле катушки и запускают сигнал тревоги. Беспроводные зарядные устройства для смартфонов и интеллектуальных часов также основаны на принципе вихревых токов, преобразующих энергию через магнитное поле.

Будущее находится в контролируемых вихревых токах

Пророки вихря — это не просто абстрактная концепция учебника. Они оказывают значительное влияние на разработку технологий, помогают сэкономить ресурсы и открыть новые возможности. Ученые активно изучают использование графена и других новых материалов для минимизации электроники и создания двигателей, в которых вихревые токи заменяют механические компоненты.

Вероятно, через несколько десятилетий мы увидим поезда, использующие только магнитное торможение или космические подъемы, в которых вихревые токи обеспечат необходимую подъемную силу. Тем временем обратите внимание на индукционную хоб-хоб-это ежедневно привлечет электрический водоворот, делая свой ужин быстрее и безопаснее.