Вихрові струми

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» (англ. eddy currents), тоді як термін «струми Фуко» (англ. Foucault currents) 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

• P — потужність втрат на одиницю маси (Вт/кг),
• B_p — пікове магнітне поле (T),
• d — товщина листа або діаметр дроту (м),
• f — частота намагнічення (Гц),
• k — константа що дорівнює 1 для тонкого листа і 2 для дроту,
• ρ — питомий опір матеріалу (Ом м), і
• D — 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 [Архівовано 1 лютого 2013 у Wayback Machine.]
• Eddy Current Knowledge Summary — TWI
• Електротехніка^{[недоступне посилання з червня 2019]}
• Eddy Currents and Lenz's Law (Audio slideshow from the National High Magnetic Field Laboratory)