نظرية التيار الدوامي والتطبيقات

تعريف التيار الدوامي

وفقاً لقانون لينز، عندما يتعرض حلقة موصلة لمجال مغناطيسي متغير، فإنه يولد فرق جهد يسبب تياراً يعارض التغيير. وبالمثل، عندما يتغير المجال المغناطيسي عبر جسم موصل، مثل خيط أو لوحة، فإنه يسبب تدفق التيار عبر مقاطع المادة.

يُطلق على هذه التيارات اسم التيار الدوامي نسبة إلى الأودية الدوامية الصغيرة التي تظهر في البحيرات والمحيطات. يمكن أن تكون دوامات التيار مفيدة وغير مرغوب فيها.

بينما تتسبب في خسائر حرارية عالية غير مرغوب فيها في المواد مثل قلب المحول، فإن التيار الدوامي يتم استخدامه في العديد من العمليات الصناعية مثل التسخين بالحث، والمعادن، واللحام، والفرينة وغيرها. يتناول هذا المقال النظرية والتطبيقات لظاهرة التيار الدوامي.

خسارة التيار الدوامي في المحول

يؤدي المجال المغناطيسي داخل قلب المحول إلى إنتاج فرق جهد، مما يؤدي إلى تيار دوامي وفقًا لقانون فاراداي ولانون. في قسم القلب، ينتج المجال المغناطيسي B(t) من تيار اللف i(t) تيارات دوامية ieddy.

يمكن كتابة الخسائر بسبب التيار الدوامي كما يلي:

حيث، ke = ثابت يعتمد على الحجم ويعكس مقاومة المادة،

f = تردد مصدر التحفيز،

Bm = القيمة القصوى للمجال المغناطيسي و

τ = سمك المادة.

توضح المعادلة أعلاه أن خسارة التيار الدوامي تعتمد على كثافة الفيض، وتكرار السمك، ومعكوسة بالنسبة لممانعة المادة.

للتقليل من خسائر التيار الدوامي في المحول، يتم تصنيع القلب من صفائح رقيقة مكدسة تسمى اللواحم. يتم عزل كل صفاحة لتقييد التيار الدوامي إلى مناطق مقطعية صغيرة، مما يقلل من مسارها ويقلل من الخسائر.

يتم تمثيل ذلك في الشكل أدناه:

لزيادة مقاومة المادة، يتم استخدام الصلب المرتجح ذي الحبيبات الموجهة CRGO كقلب للمحول.

خصائص التيار الدوامي

• هذه تُستدعي فقط داخل المواد الموصلة.

• تتشوه بواسطة العيوب مثل الشروخ، والتآكل، والحافات وما إلى ذلك.

• يضعف التيار الدوامي مع العمق مع أعلى شدة موجودة على السطح.

تسمح هذه الخصائص باستخدام التيار الدوامي في صناعة الطاقة، والفضاء الجوي، والبتروكيماويات لاكتشاف الشروخ والضرر في المعادن.

تطبيقات التيار الدوامي

التعليق المغناطيسي: هو نوع من التعليق الرافض يجد تطبيقه في القطارات السريعة الحديثة Maglev لتوفير النقل بدون احتكاك. ينتج التيار الدوامي عن تغير المجال المغناطيسي الذي ينتجه المغناطيس supperconducting الموضوع على القطار المتحرك على الصفحة الموصلة الثابتة فوق القطار المعلق. تتفاعل التيارات الدوامية مع المجال المغناطيسي لإنتاج قوة التعليق.

علاج السرطان بفرط الحرارة: يستخدم التسخين بالتيار الدوامي لتسخين الأنسجة. يتم استدعاء التيار الدوامي في الأنابيب الموصلة بواسطة لفائف الأسلاك المجاورة المتصلة بمكثف لتشكيل دائرة خزان متصلة بمصدر تردد راديوي.

الفرينة بالتيار الدوامي: يتم تحويل الطاقة الحركية إلى حرارة بسبب خسائر التيار الدوامي، مما يجد العديد من التطبيقات في الصناعة.

• الفرينة للقطارات.

• الفرينة للألعاب المائية.

• الفرينة الطارئة للأداوت الكهربائية مثل المنشار أو الحفار.

  
  

التسخين بالحث: هذه العملية تسخن الجسم الموصل كهربائيًا عن طريق استدعاء التيار الدوامي بمغناطيس كهرومغناطيسي عالي التردد. يتم استخدامه بشكل أساسي للطهي بالحث، والأفران لصهر المعادن، واللحام، والبرازة.

محركات السرعة القابلة للتعديل بالتيار الدوامي: يمكن تحقيق محرك سرعة قابل للتعديل بالتيار الدوامي بمساعدة متحكم التغذية الراجعة. يجد تطبيقاته في تشكيل المعادن، والناقلات، ومعالجة البلاستيك وغيرها.

أجهزة الكشف عن المعادن: يكشف عن وجود المعادن داخل الصخور والتربة وغيرها من خلال الاستقراء بالتيار الدوامي في المعادن إذا كانت موجودة.

تطبيقات معالجة البيانات: يستخدم الاختبار اللاهدم بالتيار الدوامي في دراسة تركيب وصلابة الهياكل المعدنية.