dòng điện xoáy hoặc dòng chảy Foucault(Vinh dự được J. B. L. Foucault) - dòng điện cảm ứng xoáy phát sinh trong dây dẫn khi có sự thay đổi trong cái thấm vào chúng từ thông.
Dòng điện xoáy lần đầu tiên được phát hiện bởi một nhà khoa học người Pháp DF Arago(1786-1853) vào năm 1824 trong một đĩa đồng nằm trên một trục dưới một kim nam châm quay. Do dòng điện xoáy, đĩa bắt đầu quay. Hiện tượng này, gọi là hiện tượng Arago, được giải thích vài năm sau đó M. Faraday từ quan điểm của định luật ông đã khám phá ra cảm ứng điện từ: Từ trường quay tạo ra dòng điện (dòng điện xoáy) trong đĩa đồng, dòng điện này tương tác với kim từ. Dòng điện xoáy được nhà vật lý người Pháp nghiên cứu chi tiết Foucault(1819-1868) và được đặt theo tên ông. Ông phát hiện ra hiện tượng làm nóng các vật kim loại quay trong từ trường bởi dòng điện xoáy.
Dòng điện Foucault phát sinh dưới tác dụng của dòng điện xoay chiều trường điện từ và về bản chất vật lý, chúng không khác gì dòng điện cảm ứng phát sinh trong dây dẫn tuyến tính. Chúng là dòng xoáy, nghĩa là chúng được đóng thành các vòng. Điện trở của một dây dẫn lớn nhỏ nên dòng điện Foucault đạt rất cao sức mạnh to lớn. Phù hợp với Quy tắc Lenz họ chọn trong phương tiện một phương hướng và con đường như vậy để chống lại nguyên nhân gây ra chúng. Do đó, các vật dẫn tốt chuyển động trong từ trường mạnh sẽ bị ức chế mạnh do sự tương tác của dòng điện Foucault với từ trường. Thuộc tính này được sử dụng để giảm chấn bộ phận chuyển động của điện kế, máy đo địa chấn, v.v.
Hiệu ứng nhiệt của dòng điện Foucault được ứng dụng trong lò cảm ứng- một vật dẫn điện được đặt trong một cuộn dây được cấp nguồn bởi một máy phát tần số cao công suất cao, và trong đó xuất hiện dòng điện xoáy, làm nóng nó cho đến khi tan chảy.
Với sự trợ giúp của dòng điện Foucault, các bộ phận kim loại của hệ thống chân không được làm nóng để đạt được nhiệt độ mong muốn. khử khí.
Trong nhiều trường hợp, dòng điện Foucault có thể không mong muốn. Để chống lại chúng, các biện pháp đặc biệt được thực hiện: để ngăn ngừa tổn thất năng lượng do làm nóng lõi máy biến áp, các lõi này được tạo thành từ các tấm mỏng được ngăn cách bởi các lớp cách điện. Vẻ bề ngoài ferritđã có thể chế tạo những dây dẫn này ở dạng rắn.
57. Tự cảm ứng- hiện tượng xuất hiện suất điện động cảm ứng trong mạch dẫn khi dòng điện chạy qua mạch thay đổi. Khi dòng điện trong mạch thay đổi, dòng cảm ứng từ qua bề mặt được giới hạn bởi mạch này sẽ thay đổi, kết quả là trong đó xuất hiện một suất điện động tự cảm ứng. Hướng của emf hóa ra là khi dòng điện trong mạch tăng thì emf ngăn dòng điện tăng và khi dòng điện giảm thì nó ngăn không cho dòng điện giảm. Độ lớn của EMF tỷ lệ thuận với tốc độ thay đổi của dòng điện I và độ tự cảm của mạch L:
Do hiện tượng tự cảm ứng trong mạch điện có nguồn EMF nên khi đóng mạch, dòng điện không được thiết lập ngay lập tức mà sau một thời gian. Các quá trình tương tự xảy ra khi mạch hở và giá trị của emf tự cảm có thể vượt quá đáng kể emf nguồn. Thông thường nhất trong cuộc sống hàng ngày, nó được sử dụng trong cuộn dây đánh lửa của ô tô. Điện áp tự cảm điển hình với điện áp cung cấp 12V là 7-25kV.
Với bất kỳ sự thay đổi nào về cường độ dòng điện trong mạch dẫn, sẽ xảy ra lực điện động tự cảm, do đó xuất hiện thêm dòng điện trong mạch, gọi là dòng điện ngoại cảm tự cảm. Dòng điện bổ sung tự cảm, theo quy tắc Lenz, luôn có chiều để ngăn chặn sự thay đổi dòng điện trong mạch, tức là. ngược chiều với dòng điện do nguồn tạo ra. Khi nguồn dòng bị tắt, dòng điện bổ sung có cùng hướng với dòng điện yếu đi. Do đó, sự hiện diện của điện cảm trong mạch làm chậm sự biến mất hoặc hình thành dòng điện trong mạch.
Trong một số trường hợp, chuyển động của các bộ phận kim loại trong máy móc, thiết bị điện xảy ra thông qua từ trường. Trong các tình huống khác, có thể giao nhau giữa các phần tử kim loại cố định với đường dây điện từ trường, có kích thước khác nhau. Kết quả là, một lực điện động tự cảm được tạo ra bên trong các bộ phận kim loại. Dưới tác động của EMF, dòng điện xoáy Foucault được hình thành trong chúng, đóng lại trong khối và gây ra sự hình thành các mạch dòng điện xoáy.
Dòng điện xoáy bao gồm dòng điện xuất hiện trong kim loại hoặc môi trường dẫn điện khác. Cảm ứng này xuất hiện dưới tác dụng của từ thông biến thiên.
Ngược lại, dòng điện xoáy góp phần làm xuất hiện từ thông của chính chúng. Theo đó, chúng chống lại từ thông của cuộn dây và làm cho nó yếu đi. Điều này dẫn đến làm nóng lõi và lãng phí năng lượng điện.
Quá trình này có thể được xem xét chi tiết hơn bằng cách sử dụng ví dụ về lõi kim loại. Một cuộn dây được đặt trên đó cho dòng điện xoay chiều chạy qua. Một dòng điện từ xoay chiều được tạo ra xung quanh cuộn dây, đi qua lõi. Đồng thời, một suất điện động cảm ứng được sinh ra trong đó, từ đó gây ra dòng điện xoáy. Hành động của họ làm cho lõi nóng lên. Với điện trở lõi không đáng kể, dòng điện cảm ứng có thể khá lớn. tầm quan trọng lớn và dẫn đến sự nóng lên đáng kể.
Cần phải giảm tác động của dòng điện xoáy vì năng lượng lãng phí để làm nóng lõi dẫn đến giảm hiệu suất của các thiết bị điện từ. Để giảm công suất này cần phải tăng điện trở trong mạch từ. Do đó, các tấm mỏng riêng biệt có độ dày từ 0,1 đến 0,5 mm được sử dụng để đặt lõi. Việc cách nhiệt của các tấm với nhau được thực hiện bằng vecni hoặc vảy đặc biệt.
Bộ lõi từ cho mọi thiết bị Dòng điện xoay chiều và lõi của các thiết bị dòng điện một chiều cũng được làm từ các tấm cách điện với nhau. Đối với sản xuất của họ, thép tấm điện được dán tem được sử dụng. Các mặt phẳng của các tấm được đặt song song với hướng của từ thông. Do đó, tiết diện của lõi bị chia cắt dẫn đến từ thông bị suy yếu và giảm đi. Theo đó, suất điện động do các dòng chảy này gây ra sẽ giảm đi. Họ chính là tác nhân góp phần tạo nên sự xuất hiện của dòng điện xoáy. Người ta thực hiện việc đưa các chất phụ gia đặc biệt vào vật liệu lõi để tăng điện trở của nó.
Một số thiết kế cuộn dây sử dụng dây sắt ủ để lắp ráp lõi. Sự sắp xếp của các dải sắt song song với các đường sức từ. Hạn chế dòng điện xoáy đi qua mặt phẳng vuông góc với từ thông, được thực hiện bằng cách sử dụng miếng đệm cách điện. Việc giảm dòng điện Foucault trong dây dẫn xảy ra như sau: các bó bao gồm các lõi riêng lẻ, cách điện với nhau.
Cho dù một số lượng lớn những mặt tiêu cực, dòng điện Foucault đã được ứng dụng trong khu vực khác nhau. Ví dụ, chúng được sử dụng thành công trong đồng hồ đo điện dưới dạng phanh đĩa từ.
Dòng điện Foucault được sử dụng trong nhiều hoạt động công nghệ liên quan đến dòng điện tần số cao. Việc sản xuất các thiết bị và dụng cụ chân không đòi hỏi phải bơm không khí và khí cẩn thận là không thể thiếu nếu không có chúng. Các phụ kiện kim loại được đặt bên trong xi lanh chứa cặn khí chỉ được loại bỏ sau khi bình được ủ. Việc loại bỏ hoàn toàn khí được thực hiện bằng máy phát tần số cao, tại khu vực đặt thiết bị.
Như được chấp nhận rộng rãi, “Dòng điện Foucault là dòng điện phát sinh trong một dây dẫn lớn nằm trong từ trường xen kẽ. Dòng điện Foucault có tính chất xoáy. Nếu dòng điện cảm ứng thông thường di chuyển dọc theo một dây dẫn mỏng, kín thì dòng điện xoáy sẽ đóng bên trong độ dày của một dây dẫn lớn. Mặc dù đồng thời chúng không còn khác biệt so với dòng điện cảm ứng thông thường". Theo quy tắc Lenz, các dòng điện này có hướng đi ngược lại nguyên nhân gây ra chúng. “Do đó, các dây dẫn chuyển động trong từ trường mạnh sẽ bị ức chế mạnh do sự tương tác của dòng điện Foucault với từ trường” . “Dòng điện Foucault che chắn từ trường xen kẽ để nó không thâm nhập sâu vào dây dẫn. Tuy nhiên, dòng điện Foucault không thể che chắn một từ trường tĩnh, vì do điện trở nên chúng không thể tồn tại mãi mãi. Từ trường tĩnh tự do xuyên qua dây dẫn. Tuy nhiên, trường thay đổi càng nhanh thì độ sâu thâm nhập vào dây dẫn càng ít. Trong các dây dẫn tốt, nơi tổn thất ohmic nhỏ, sự giảm độ sâu thâm nhập trường trở nên đáng chú ý ở tần số rất vừa phải.". Người ta tin rằng điều này là do tác dụng khử từ của dòng điện Foucault. Nó “Nó rõ ràng hơn ở giữa lõi và ít hơn trên bề mặt của nó, vì các khu vực ở giữa lõi được bao phủ bởi dòng điện xoáy lớn hơn các khu vực gần bề mặt”. Như đã được chứng minh, trong các chất siêu dẫn, hiệu ứng này vốn có ngay cả trong dòng điện một chiều do không có điện trở của dây dẫn. “Khi một chất siêu dẫn đặt trong từ trường không đổi bên ngoài bị làm lạnh đi, tại thời điểm chuyển sang trạng thái siêu dẫn, từ trường bị dịch chuyển hoàn toàn khỏi thể tích của nó. Điều này phân biệt chất siêu dẫn với chất dẫn lý tưởng, trong đó, khi điện trở giảm xuống 0, cảm ứng từ trường trong thể tích sẽ không thay đổi.” .
Trong khuôn khổ vật lý lý thuyết, dựa trên sự thừa nhận chung về bản chất xoáy của dòng điện Foucault, và do đó, bản chất xoáy của điện trường, mô tả của chúng dựa trên cặp phương trình Maxwell quy nạp:
Giả sử mật độ ρ của điện tích tự do trong dây dẫn bằng 0 và mối quan hệ tiêu chuẩn giữa mật độ dòng điện và cường độ trường
chúng ta thu được phương trình cho cường độ từ trường mô tả dòng điện Foucault, cũng như hiệu ứng bề mặt:
trong đó “Cường độ dòng điện xoáy theo định luật Ohm bằng
ở đâu Φ tôi- từ thông ghép vào mạch dòng điện,R- Điện trở của mạch dòng điện xoáy. Thật khó để tính toán điện trở này. Tuy nhiên, khá rõ ràng là độ dẫn điện của dây dẫn càng lớn và kích thước của nó càng lớn thì nó càng nhỏ.” .
Do đó, để tính toán tổn thất từ dòng điện Foucault, người ta thường sử dụng các công thức gần đúng, trong đó tổn thất cụ thể phụ thuộc vào loại sắt, độ dày của các tấm sắt, tần số của trường cảm ứng và cảm ứng cực đại của trường này.
Như chúng ta có thể thấy, bản chất của dòng điện Foucault chỉ liên quan đến độ dẫn điện của dây dẫn và cấu trúc của chúng chỉ được xác định bởi tính dẫn điện của kim loại, giống nhau đối với cả vật liệu sắt, para- và nghịch từ. Hướng của các dòng điện này ngược với hướng của trường xoay chiều cảm ứng, mặc dù bản thân các chất được chỉ định hành xử về cơ bản khác nhau trong các trường bên ngoài. Như đã biết, diamagnets tạo ra trường riêng của chúng có hướng ngược lại với trường bên ngoài, para- và ferromagnet tạo ra trường có hướng theo hướng của từ trường bên ngoài. Diamagnets đặc biệt bao gồm các khí trơ, hydro và nitơ phân tử, kẽm, đồng, vàng, bismuth, parafin, v.v., vật liệu thuận từ bao gồm nhôm; không khí. Các vật liệu sắt từ đặc biệt bao gồm sắt, niken và coban. Nhưng sự khác biệt này được coi là không có tác động đáng kể đến bản chất của dòng chảy Foucault.
Các thí nghiệm được thực hiện cũng không tiết lộ sự khác biệt này. Hầu hết chúng có mục đích hãm sự rơi của các vật dẫn điện trong một từ trường không đều hoặc để hãm dao động của một con lắc kim loại. Người ta tin rằng đối với các thí nghiệm “Nên dùng tấm đồng hoặc nhôm vì những vật liệu này có điện trở suất thấp. Do đó, sức mạnh hiện tại trong họ sẽ lớn hơn và hiệu quả sẽ thể hiện rõ ràng hơn" .
Tập thí nghiệm thứ hai với dòng điện Foucault liên quan đến sự gia nhiệt cảm ứng của cả vật dẫn điện và chất điện môi (đặc biệt là làm khô gỗ). Lý thuyết của quá trình này có cùng cơ sở, dựa trên các phương trình Maxwell và tính chất xoáy của điện trường cảm ứng. Việc sử dụng cơ sở tiêu chuẩn cũng quyết định sự nhấn mạnh vào cơ sở của mô hình. Và mặc dù những thay đổi về tính thấm từ của sắt từ theo nhiệt độ được tính đến, nhưng sự khác biệt đáng kể về dòng điện Foucault tùy thuộc vào loại nam châm không được tạo ra, như chỉ giới hạn trong trường hợp sắt từ. Trong các nghiên cứu dành cho việc nung nóng cảm ứng nhôm, cơ sở hiện tượng học cũng được rút gọn thành biểu diễn tiêu chuẩn của dòng điện xoáy kích thích một trường theo hướng ngược lại với trường kích thích, và việc mô hình hóa quá trình dựa trên điều này.
Đồng thời, đối với bếp từ gia đình sản xuất công nghiệp, điều kiện hoạt động chính là vật liệu sắt từ của dụng cụ nấu được sử dụng. Với bất kỳ vật liệu nào khác, kể cả thép không sắt từ, lò nung đều không hoạt động. Điều này cho thấy một số sắc thái nhất định không được tính đến trong mô hình dòng điện xoáy hiện tại, mặc dù có rất nhiều sự phát triển khoa học và việc sử dụng công nghệ của chính quy trình này.
Để nghiên cứu các đặc tính của dòng điện xoáy, một đầu đặc biệt với các cuộn dây vuông góc với nhau đã được phát triển, như trong Hình 2. 1.
Cơm. 1. Sơ đồ và hình ảnh tổng quát (a) của đầu nghiên cứu dòng điện xoáy, cũng như sơ đồ dòng điện xoáy tức thời trong lõi ( TÔI 2) và ở bìa 4 ( TÔI 3) đầu này theo quan điểm của khái niệm tiêu chuẩn (b) với dòng điện tức thời trong cuộn sơ cấp TÔI 1 ; 1 – lõi làm bằng vật liệu sắt từ (sắt biến áp E330), 2 – cuộn dây đặc một hàng sơ cấp 110 vòng dây ø0,23, 3 – cuộn dây đặc một hàng thứ cấp 110 vòng dây ø0,23, 4 – vỏ bọc tấm làm bằng vật liệu đang nghiên cứu có kích thước 15x15x6 mm
Cả hai cuộn dây đầu đều được quấn trên một khung nhựa dẻo có thể di chuyển được để điều chỉnh độ vuông góc lẫn nhau. Kích thước của miếng đệm đang được nghiên cứu đã được chọn lớn hơn một chút so với không gian không có cuộn dây, nhằm mục đích rõ ràng khi nghiên cứu sâu hơn. Dòng điện cảm ứng phát sinh trong lõi và lớp lót theo quan điểm của các ý tưởng hiện đại về bản chất ngược dòng của các dòng điện này được trình bày trên hình 2. 1b. Như sau trong kết cấu này, khi áp dụng lớp lót không đối xứng, dòng điện trong cuộn thứ cấp về cơ bản không thể phát sinh do sự vuông góc lẫn nhau của các dòng điện này với các vòng dây của cuộn thứ cấp.
Sơ đồ mạch điện Thí nghiệm được thể hiện trong hình. 2.
Cơm. 2. Sơ đồ điện của thí nghiệm.
Thí nghiệm được thực hiện ở tần số 20 kHz, biên độ tín hiệu đầu vào là 2 V, đồng bộ hóa máy hiện sóng là bên ngoài và được thực hiện theo tín hiệu cung cấp cho cuộn sơ cấp của đầu.
Bốn vật liệu được sử dụng làm lớp lót, được lắp đặt không đối xứng ở các góc của đầu: đồng - nghịch từ, nhôm - thuận từ, sắt biến áp và ferit - sắt từ. Loại lớp phủ được hiển thị trong Hình. 3.
Cơm. 3. Loại lớp phủ được sử dụng trong nghiên cứu.
Tất cả các lớp phủ được làm bằng nhiều lớp. Tấm đồng có 8 lớp, nhôm – 4 lớp, sắt – 20 lớp và ferit – 2 lớp. Tất cả những thứ này đã được dán lại với nhau bằng keo Stealth. Các chỉ báo vị trí được dán vào mỗi miếng đệm được đặt ở giữa. Thang chia độ trên đầu cũng được đặt ở giữa cuộn dây sơ cấp, nằm thẳng đứng. Hình thức chung cài đặt được hiển thị trong hình. 4.
Cơm. 4. Tổng quan về cài đặt: 1 – máy hiện sóng, 2 – đầu đo, 3 – bộ tạo tín hiệu, 4 – tầng đầu ra mạnh mẽ, 5 – nguồn điện cho tầng đầu ra
Trước hết, thực tế cảm ứng trong cuộn thứ cấp đã được nghiên cứu bằng cách ứng dụng không đối xứng các lớp lót làm bằng nhiều vật liệu khác nhau. Như đã đề cập, việc đồng bộ hóa được thực hiện bằng cách sử dụng điện áp đầu vào vào cuộn sơ cấp của đầu. Kết quả của thí nghiệm được trình bày trong Hình. 5.
a) đồng
b) nhôm
c) sắt
d) ferit
Cơm. 5. Biểu đồ dao động của suất điện động cảm ứng trong cuộn thứ cấp của đầu (biểu đồ dao động dưới) tùy thuộc vào vật liệu và vị trí của lớp lót trên đầu
Như có thể thấy từ biểu đồ dao động, đối với đồng và nhôm, suất điện động cảm ứng ngược pha với dòng điện cảm ứng (ảnh bên phải). Ferrite ở vị trí này thể hiện hành vi cùng pha. Những sai lệch đối với sắt sẽ được làm rõ hơn. Ngoài ra, có thể thấy rằng việc di chuyển miếng đệm từ góc phải sang trái sẽ dẫn đến sự thay đổi pha của lực điện động 180°. Sự khác biệt về pha chỉ ra rằng bản chất của sự xuất hiện của lực điện động cảm ứng trong sắt từ, một mặt, và para- và diamagnets, là khác nhau.
Để tiết lộ quỹ đạo của lực điện động cảm ứng, người ta sử dụng tất cả các miếng đệm đều được làm bằng các tấm. Trong thí nghiệm thứ hai này, các miếng đệm được đặt ở cùng một góc của đầu đo, dọc theo và ngang qua mặt phẳng của đầu. Các kết quả được trình bày trong hình. 6.
a) đồng
b) nhôm
c) sắt
d) ferit
Cơm. 6. Bản chất của dòng điện cảm ứng trong các miếng đệm làm bằng vật liệu đang nghiên cứu khi chúng quay tương đối với đầu đo
Từ biểu đồ dao động, chúng ta thấy rằng khi xoay các miếng đồng và nhôm, tín hiệu bị suy giảm đáng kể. Điều này chỉ ra rằng có sự cản trở đáng kể đối với dòng điện xoáy. Trong ferrite, tín hiệu hầu như không thay đổi, điều này cho thấy không có dòng điện cảm ứng, đặc trưng của đồng và nhôm, nhưng có dòng điện loại thứ hai, đặc trưng của nam châm sắt. Dòng điện này cùng pha với dòng điện kích thích. Trong một tấm sắt, khi quay về phía cuối, không chỉ biên độ thay đổi, tăng dần về phía cuối khi dòng điện Foucault giảm mà pha của tín hiệu cũng thay đổi. Điều này chỉ xảy ra khi pha thu được của tín hiệu phụ thuộc vào biên độ của các thành phần ban đầu, điều này dễ dàng biểu diễn bằng lượng giác. Thật vậy, nếu chúng ta giả sử rằng các thành phần ban đầu của tín hiệu thu được bị dịch chuyển nghiêm ngặt khoảng 180° và có biên độ khác nhau, thì
Rõ ràng là khi biên độ thay đổi do thay đổi điều kiện dòng điện trong các miếng đệm thì biên độ của tín hiệu thu được cũng sẽ thay đổi. MỘTΞ, và pha thu được là φ Ξ. Bản chất được mô tả của dòng điện được trình bày trong cấu trúc như trên Hình 2. 7.
a) Dòng điện cảm ứng trong para- và diamagnets
b) Dòng điện cảm ứng trong ferrit
c) Dòng điện cảm ứng trong sắt
Cơm. 7. Mạch kích thích điện tử I E và định hướng Ic dòng chảy
Trong trường hợp para- và diamagnets, vị trí cuối cùng của miếng đệm (ở bên phải) dẫn đến thực tế là thay vì một dòng điện duy nhất I E nó tạo ra dòng điện trong mỗi tấm, dòng điện này được tạo ra không phải bởi toàn bộ diện tích tiếp xúc của tấm đệm với dây dẫn cảm ứng mà chỉ bởi một phần bị giới hạn bởi độ dày của tấm. Điều này có nghĩa là dòng điện cảm ứng này, khi tấm được quay từ mặt phẳng đến cuối, cũng sẽ tạo ra một dòng điện nhỏ hơn trong cuộn thứ cấp.
Trong trường hợp ferrite, tình hình thay đổi. Hiện hành Icđược hình thành bởi dòng phân tử của ferit. Thực tế không có dòng điện tử trong ferrite do điện trở cao của nó và dòng điện phân tử phụ thuộc rất ít vào hướng của ferrite, do đó chuyển động quay thực tế không làm thay đổi biên độ của dòng điện trong cuộn dây thứ cấp.
Cả hai dòng điện đều có trong sắt nên sự thay đổi dòng điện I E như chúng ta đã chỉ ra trong trường hợp tổng quát, dẫn đến sự thay đổi cả biên độ và pha của tín hiệu, vì dòng điện này bù cho dòng điện Ic.
Nhân tiện, tác động cạnh tranh của các dòng điện này cũng dẫn đến cách giải thích vật lý không chính xác về thuận từ và nghịch từ, gợi ý một số phương pháp đặc biệt để quay quỹ đạo của các nguyên tử trong vật liệu nghịch từ nhằm tạo ra trường phản lực từ trường cảm ứng. Như thí nghiệm trên cho thấy, sự khác biệt giữa các nam châm chỉ phụ thuộc vào tỷ số dòng điện cảm ứng. Trong nghịch từ I E vượt quá Ic, kết quả là một trường sắp tới được hình thành. Trong para- và sắt từ, tỷ lệ dòng điện bị đảo ngược, do đó một trường được hình thành theo hướng của trường cảm ứng bên ngoài. Đặc điểm này cũng dẫn đến các phép đo không chính xác về độ thấm từ tương đối của vật liệu thuận và nghịch từ. Trên thực tế, khi đo độ thấm của các chất này là đo bằng tác dụng bù của dòng điện. I E. Để đo độ thấm từ thực tế, cần đo pha phân tán mịn của một chất được liên kết với nhau bằng hợp chất cách điện có μ = 1. Đặc điểm này cũng là nguyên nhân gây ra nhiều nghịch lý trong điện từ.
Bạn cũng nên chú ý đến việc dòng điện cảm ứng trong cuộn thứ cấp giảm là do diện tích tiếp xúc của tấm lót với dây dẫn cảm ứng giảm. Một lần nữa, như trong các thí nghiệm trước đây của chúng ta, hóa ra dòng điện cảm ứng bị kích thích không phải bởi một từ trường thần thoại nào đó, mà bởi một sự thay đổi cụ thể ở vị trí tương đối của các dây dẫn hoặc sự thay đổi dòng điện trong dây dẫn cảm ứng và đối với dòng điện tử. I E tỷ lệ thuận với diện tích tiếp xúc của dây dẫn với vật liệu đệm. Trên thực tế, dòng điện không xoáy được hình thành trong tấm đệm. Dòng điện chỉ phát sinh ở vùng tiếp xúc, sau đó nó được đóng lại qua thân miếng đệm ở vùng tương tác cảm ứng yếu. Kết quả là mạch dòng điện có thể được biểu diễn như hình 2. số 8.
Cơm. 8. Sơ đồ tương đương dòng điện Foucault trong vật liệu thuận từ và nghịch từ
Theo sơ đồ này, điện trường cảm ứng trong vật liệu thuận từ và nghịch từ không phải là dòng xoáy. Nó vẫn có tiềm năng, giống như trong tất cả các biểu hiện khác, nhưng bản thân dòng điện, được kích thích trong vật liệu, bị đóng lại qua thân dây dẫn, tạo ra ảo giác về hình tròn.
Điều trên được xác nhận bằng hai thí nghiệm sau. Trong trường hợp đầu tiên, hướng ngược lại của dòng điện tử được thiết lập I E và dòng điện phân tử định hướng Ic. Như chúng ta có thể thấy trong thí nghiệm đầu tiên ở trên, khi miếng đệm được dịch chuyển từ góc này sang góc khác của đầu đo, pha của lực điện động trong cuộn dây thứ cấp luôn thay đổi 180° (hoặc gần bằng nó). Điều gì xảy ra nếu chúng ta lắp các vật liệu khác nhau vào cả hai góc đầu? Trong bộ lễ phục. Hình 9 thể hiện kết quả của thao tác này. Các hình ảnh bên trái hiển thị lực điện động trong cuộn dây thứ cấp khi lắp một trong các miếng đệm. Trong các ảnh bên phải - cả hai lớp phủ được nêu trong chú thích của ảnh.
a) đồng và nhôm
b) Sắt (phẳng) và ferit
c) Sắt (cuối) và ferit
d) Ferrite và đồng
e) ferit và nhôm
Minh họa sự xuất hiện dòng điện Foucault trong một tấm dẫn điện (kim loại) chuyển động trong từ trường không đổi C. Vectơ cảm ứng từ Bđược hiển thị bằng mũi tên màu xanh lá cây, vector V. tốc độ di chuyển của tấm - đen mũi tên, đường dây điện vectơ mật độ dòng điện TÔI- màu đỏ (những đường này bị đóng, “xoáy”).
Nguồn của từ trường là một nam châm vĩnh cửu, đoạn của nó được thể hiện ở phía trên hình xám. Vectơ cảm ứng từ B hướng từ phía bắc ( N) cực của nam châm thì từ trường xuyên qua tấm kim loại. Trong vật liệu tấm đi vào dưới nam châm, tức là ở bên trái, cảm ứng từ thay đổi theo thời gian, tăng (d Bn/d t> 0), và theo định luật Faraday và Ohm, một (xoáy) khép kín xuất hiện (cảm ứng, “cảm ứng”) trong vật liệu tấm điện. Dòng điện này chạy ngược chiều kim đồng hồ và theo định luật Ampe, tạo ra từ trường riêng của nó, vectơ cảm ứng từ được biểu thị bằng một mũi tên màu xanh hướng vuông góc với mặt phẳng dòng điện, hướng lên trên.
Ở bên phải, trong tấm vật liệu chuyển động ra xa nam châm, từ trường cũng thay đổi theo thời gian nhưng yếu đi và các đường sức của tấm khác xuất hiện ở bên phải dòng điện hướng theo chiều kim đồng hồ.
Chính xác dưới nam châm, các dòng điện “trái” và “phải” hướng cùng chiều, mật độ của tổng dòng điện tối đa. Khi các điện tích chuyển động trong vùng này, dòng điện hình thành điện, trong từ trường mạnh lực Lorentz tác dụng có hướng (theo quy tắc bàn tay trái) ngược với vectơ vận tốc V.. Lực Lorentz này làm tấm chuyển động chậm lại C. Sự tương tác giữa từ trường của nam châm và từ trường của dòng điện cảm ứng dẫn đến sự phân bố từ thông trong vùng lân cận của cực N nam châm khác với trường hợp tấm đứng yên C(và phụ thuộc vào tốc độ V.), mặc dù tổng thông lượng của vectơ cảm ứng từ không đổi (với điều kiện là vật liệu của nam châm và tấm C không bao gồm trong độ bão hòa).
dòng điện xoáy, hoặc dòng chảy Foucault(để vinh danh J. B. L. Foucault) - dòng điện thể tích cảm ứng xoáy xảy ra trong dây dẫn điện khi dòng từ trường tác dụng lên chúng thay đổi theo thời gian.
Dòng điện xoáy được nhà khoa học người Pháp D. F. Arago (1786-1853) phát hiện lần đầu tiên vào năm 1824 trong một đĩa đồng đặt trên một trục dưới một kim nam châm quay. Do dòng điện xoáy, đĩa bắt đầu quay. Hiện tượng này, được gọi là hiện tượng Arago, được M. Faraday giải thích vài năm sau đó dựa trên quan điểm của định luật cảm ứng điện từ do ông phát hiện ra: một từ trường quay tạo ra dòng điện xoáy trong đĩa đồng, chúng tương tác với kim từ. Dòng điện xoáy được nhà vật lý người Pháp Foucault (1819-1868) nghiên cứu chi tiết và đặt theo tên ông. Foucault còn phát hiện ra hiện tượng làm nóng các vật kim loại quay trong từ trường bởi dòng điện xoáy.
Dòng điện Foucault xuất hiện dưới tác dụng thay đổi theo thời gian(xen kẽ) từ trường và về bản chất vật lý không khác gì dòng điện cảm ứng phát sinh trong dây dẫn và cuộn thứ cấp của máy biến điện.
Vì điện trở của một dây dẫn lớn có thể nhỏ nên cường độ dòng điện cảm ứng do dòng điện Foucault gây ra có thể đạt cực đại. giá trị lớn. Theo quy tắc Lenz, dòng điện Foucault trong thể tích của vật dẫn chọn đường đi sao cho có thể triệt tiêu ở mức độ lớn nhất nguyên nhân gây ra dòng chảy của chúng. Do đó, đặc biệt, các vật dẫn tốt chuyển động trong từ trường mạnh sẽ bị ức chế mạnh do sự tương tác của dòng điện Foucault với từ trường bên ngoài. Hiệu ứng này được sử dụng để làm giảm các bộ phận chuyển động của điện kế, máy ghi địa chấn và các thiết bị khác mà không sử dụng ma sát, cũng như trong một số thiết kế. hệ thống phanh tàu hỏa.
Hiệu ứng nhiệt của dòng điện Foucault được sử dụng trong lò nung cảm ứng, trong đó vật dẫn điện được đặt trong một cuộn dây chạy bằng máy phát tần số cao công suất cao, trong đó xuất hiện dòng điện xoáy, làm nóng nó đến nóng chảy. Bếp từ hoạt động theo cách tương tự, trong đó dụng cụ nấu bằng kim loại được làm nóng bằng dòng điện xoáy được tạo ra bởi từ trường xen kẽ của một cuộn dây nằm bên trong bếp.
Với sự hỗ trợ của dòng điện Foucault, các bộ phận kim loại của hệ thống chân không được làm nóng để khử khí.
Theo quy tắc Lenz, dòng điện xoáy chạy bên trong vật dẫn theo đường đi và hướng sao cho tác dụng của chúng có thể chống lại nguyên nhân gây ra chúng một cách mạnh mẽ nhất có thể. Kết quả là khi chuyển động trong từ trường, vật dẫn điện tốt chịu tác dụng của lực hãm do sự tương tác của dòng điện xoáy với từ trường. Hiệu ứng này được sử dụng trong một số thiết bị để làm giảm độ rung của các bộ phận chuyển động của chúng.
Trong nhiều trường hợp, dòng điện Foucault có thể không mong muốn. Để chống lại chúng, các biện pháp đặc biệt được thực hiện: để ngăn ngừa tổn thất năng lượng do đốt nóng lõi máy biến áp, các lõi này được lắp ráp từ các tấm mỏng được ngăn cách bởi các lớp cách điện (sạc). Vẻ bề ngoài
Năm 1824, nhà vật lý người Pháp Daniel Arago lần đầu tiên quan sát thấy tác dụng của dòng điện xoáy lên một đĩa đồng đặt dưới một kim nam châm trên một trục. Khi kim quay, dòng điện xoáy sinh ra trong đĩa khiến nó chuyển động. Hiện tượng này được gọi là "hiệu ứng Arago" để vinh danh người phát hiện ra nó.Nghiên cứu về dòng điện xoáy được tiếp tục bởi nhà vật lý người Pháp Jean Foucault. Ông mô tả chi tiết bản chất và nguyên lý hoạt động của chúng, đồng thời quan sát hiện tượng đốt nóng một cục sắt từ quay trong từ trường tĩnh. Dòng điện thiên nhiên mới cũng được đặt theo tên của nhà nghiên cứu.
Tác dụng của dòng điện xoáy được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và cơ khí. Tàu bay từ trường sử dụng dòng điện Foucault để phanh và các thiết bị có độ chính xác cao có hệ thống giảm chấn con trỏ dựa trên tác động của dòng điện xoáy. Lò nung cảm ứng được sử dụng rộng rãi trong luyện kim, có toàn bộ khu phức hợp lợi thế hơn so với cài đặt tương tự. Trong lò cảm ứng, kim loại được nung nóng có thể được đặt trong không gian thiếu không khí, đảm bảo khử khí hoàn toàn. Sự nóng chảy cảm ứng của kim loại màu cũng đã trở nên phổ biến trong luyện kim do hiệu quả lắp đặt cao.
