نظرية التيار الدوامي وتطبيقاته
ما هو التيار الدوامي
وفقًا لقانون لينز، عندما يتعرض حلقة موصلة لمجال مغناطيسي متغير، يتم إحداث فرق جهد فيها يسبب تدفق تيار في اتجاه يعارض التغيير الذي يسببه. الحال مشابهة عندما يكون بدلاً من حلقة موصلة مغلقة، يتغير المجال المغناطيسي عبر جسم موصل، مثل خيط أو لوحة من مادة مغناطيسية أو غير مغناطيسية، مما يسبب تدفق التيار في مسارات مغلقة مناسبة.
يتم تسمية هذه التيارات باسم تيار دوامي على اسم الأدوام المائية الصغيرة التي تظهر في البحيرات والمحيطات. يمكن أن تكون حلقات التيار الدوامي مفيدة وغير مرغوب فيها.
بينما تسبب هذه التيارات خسائر حرارية عالية غير مرغوب فيها في المواد مثل مركز المحول، تجد تيارات الدوامات تطبيقات في العديد من العمليات الصناعية مثل التسخين بالحث، والمعادن، واللحام، والتوقف وغيرها. يتناول هذا المقال نظرية وتطبيقات ظاهرة التيار الدوامي.
خسارة التيار الدوامي في المحول
تدفق المجال المغناطيسي داخل مركز المحول يسبب إحداث فرق جهد في المركز وفقًا لقانون فاراداي وقانون لينز مما يؤدي إلى تدفق تيار دوامي في المركز كما هو موضح في الشكل أدناه. ضع في اعتبارك قسمًا من مركز المحول كما هو موضح. المجال المغناطيسي B(t) الناتج عن تيار اللف i(t) يسبب تدفق تيار دوامي ieddy داخل المركز.
يمكن كتابة الخسائر بسبب التيار الدوامي كالتالي :
حيث، ke = ثابت يعتمد على الحجم ومعكوس نسبة مقاومة المادة،
f = تردد مصدر التحريض،
Bm = قيمة الذروة للمجال المغناطيسي و
τ = سمك المادة.
تظهر المعادلة أعلاه أن خسارة التيار الدوامي تعتمد على كثافة الفيض، التردد، وسمك المادة ومعكوس مقاومة المادة.
للتقليل من خسائر التيار الدوامي في المحول يتم تكوين المركز بواسطة تكدس صفائح رقيقة تسمى اللواحم معًا ويتم عزل كل صفحة أو طلاءها بحيث يتم تقييد تدفق التيار الدوامي في منطقة مقطع صغير جدًا لكل صفحة وعزلها عن الصفحات الأخرى. لذلك، يقل المسار الذي يتدفق فيه التيار إلى الحد الأدنى. وهذا موضح في الشكل أدناه :
لزيادة مقاومة المادة، يتم استخدام الصلب الموجه بقطر حبيبات مبردة، CRGO grade steel كمركز للمحول.
خصائص التيار الدوامي
هذه تحدث فقط داخل المواد الموصلة.
تشوه هذه التيارات بسبب العيوب مثل الشقوق، التآكل، الحواف وغيرها.
تضعف التيارات الدوامية مع العمق مع أعلى شدة موجودة على السطح.
تطبيقات التيار الدوامي
التعشيش المغناطيسي: هو نوع من التعشيش المغناطيسي يجد تطبيقًا في القطارات ذات السرعات العالية الحديثة Maglev لتوفير النقل بدون احتكاك. المجال المغناطيسي المتغير الناتج عن مغناطيس فائق التوصيل موضوع على القطار المتحرك ينتج تيارات دوامية على ورقة موصلة ثابتة فوقها يتعشش القطار. تتداخل التيارات الدوامية مع المجال المغناطيسي لإنتاج قوى التعشيش.
علاج السرطان بالتبريد المفرط: يستخدم تسخين التيار الدوامي للتسخين النسيجي. التيارات الدوامية المحفزة في الأنابيب الموصلة بواسطة لفائف الأسلاك المجاورة المتصلة بمكثف لتشكيل دائرة خزان متصلة بمصدر ترددي.
الفreno التيار الدوامي: تحويل الطاقة الحركية إلى حرارة بسبب خسائر التيار الدوامي يجد العديد من التطبيقات في الصناعة :
الفreno القطارات.
الفreno عربة القطار المعلقة.
الفreno المنشار الكهربائي أو الحفار لوقفه في حالات الطوارئ.
التسخين بالحث: هو عملية تسخين جسم موصل كهربائيًا عن طريق إحداث تيارات دوامية فيه باستخدام مغناطيس كهربائي عالي التردد. أهم تطبيقاته هي الطبخ بالحث، الفرن بالحث المستخدم لتسخين المعادن حتى نقطة الانصهار، اللحام، البراز وغيرها.
محركات السرعة القابلة للتعديل بالتيار الدوامي: يمكن تحقيق محرك سرعة قابل للتعديل بتوجيه التيار الدوامي بمساعدة متحكم ردود الفعل. يجد تطبيقات في تشكيل المعادن، الناقلات، معالجة البلاستيك وغيرها.
أجهزة الكشف عن المعادن: يقوم بكشف وجود المعادن داخل الصخور والتربة وغيرها بمساعدة الإثارة التيار الدوامي في المعادن إذا كانت موجودة.
تطبيقات معالجة البيانات: يتم استخدام اختبار التيار الدوامي غير التدميري في دراسة تركيب وصلابة الهياكل المعدنية.
تطبيقات عداد السرعة وكشف القرب
بيان: احترم الأصلي، المقالات الجيدة مستحقة للتبادل، إذا كان هناك انتهاك للحقوق يرجى الاتصال للحذف.
