渦流概述| 5+重要應用

在這裡,我們將研究渦流以及電磁阻尼的含義。 但是,變化的磁通量也會在大塊導體中感應出電流,並且它們的流態類似於水中渦流的渦流。

數學家,甚至是法國第25任總理FrançoisArago於1824年首次觀察到渦流。後來,名叫Foucault的物理學家發現了這些流,這些流明確地稱為渦流。

渦流
渦流,圖片提供者– 切特沃諾磁鐵產生的渦流CC0 1.0

渦流的簡單演示

如前所述,渦流的因果關係可以通過一個簡單的實驗來理解。 銅板像擺一樣擺動。

這些在板的擺動運動中產生阻礙,並且因此擺動運動被阻尼。 在一段時間內,板會停留在磁場中。 

可以通過減小渦流流動的可用面積來減小這種電磁阻尼效應。 因此,如果我們可以在板上引入矩形的狹縫和孔,並且由於感應電流的磁矩取決於其所包圍的區域,那麼我們可以減少電磁阻尼,並且板可以更自由地擺動。

渦流的力量

渦電流的耗散功率可以表示為:

渦流概述| 5+重要應用

哪裡,

P是指每單位質量損失的功率。

Bp 指最大磁場。

d是指厚度。

f是頻率。

k是指常數。

ρ指電阻率。

D是指密度。

通過在金屬芯中使用疊片可減少渦流。 因此,幅度大大降低了。

由於以熱形式的能量耗散取決於渦流大小的平方,因此熱量損失以及隨後的能量損失都減少了。 通過使用碳含量極低的鐵或軟鐵以及橫截面積較大的導線,可以使用更薄的覆膜來進一步減少能量損失。

帶有和不帶有疊片的平板中的渦流
帶和不帶層壓的平板中的渦流,圖像信用– 切特沃諾疊片式核心渦流2CC0 1.0

這是一個簡單的實驗,我們可以注意到電磁阻尼。

垂直夾緊兩根幾何方向相同的中空細圓柱管,其中一根由鋁製成,另一根由PVC製成。 直徑略小於圓柱直徑的圓柱磁體通過兩根管子掉落,使它們不接觸圓柱管的內壁。 從PVC管道掉落的磁鐵從管道中出來所需的時間與從相同高度掉落而沒有任何管道所花費的時間相同。 鋁管中的磁鐵從管中出來需要相對較長的時間。

這是由於在鋁管中產生的渦流會在磁體穿過鋁管時與不斷變化的磁通相反。 由於PVC是絕緣體,因此不會在其中形成渦流。 這種由於渦電流產生的阻礙力限制物體運動的現像被稱為電磁阻尼。

渦流的應用

儘管在某些應用中渦流是不希望的,但是在許多應用中渦流是其工作的必要條件。 其中一些是火車上的電磁制動,電磁阻尼,感應爐,電度表,懸浮,金屬識別,振動和位置感應,結構測試等。其中一些已經詳細解釋如下:

  • 火車中的電磁制動:眾所周知,火車很重,可以高速行駛,因此,火車的製動系統應非常強勁,平穩。 渦流使這成為可能。 強大的電磁體會在鐵軌中感應出渦流。 因為沒有摩擦,所以沒有機械連接。 因此,制動系統變得非常平穩。 但是此應用僅在某些電動火車中使用。
  • 感應爐:它們用於熔化鐵,鋼,銅,鋁和其他貴金屬,以進行焊接,整形或製造合金。 在感應爐中,渦流會產生非常高的溫度,足以熔化金屬。
  • 電磁阻尼:電流計等測量儀器很少利用渦流的作用來抵抗運動。 它們具有由非磁性但金屬的材料製成的固定鐵心,當線圈振盪時,其中會產生渦流,這反過來會阻止線圈的運動並使它迅速回到靜止位置。
  • 排斥作用和懸浮:當施加變化的磁場時,它會感應出渦流,這些渦流表現出類似反磁性的排斥行為,因此金屬或任何導電材料都會受到排斥力的作用。

有關渦流應用的更多信息,請閱讀以下文章: 渦流檢測, 渦流傳感器 渦流制動器.

關於 Amrit Shaw

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