Θεωρία και Εφαρμογές των Ρευστών Foucault
Τι είναι οι ροές Foucault
Σύμφωνα με τον νόμο του Lenz, όταν ένας διάδρομος συμπεριφοράς εκτίθεται σε μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο, επικαλύπτεται μια εγεννημένη δυναμογενής σε αυτό, που προκαλεί ροή ρεύματος σε κατεύθυνση που αντιτίθεται στην αλλαγή που την προκαλεί. Η περίπτωση είναι παρόμοια όταν, αντί για ένα κλειστό διάδρομο συμπεριφοράς, η αλλαγή του μαγνητικού πεδίου μέσα σε ένα σώμα συμπεριφοράς, όπως ένα νήμα ή μια πλάκα μαγνητικού ή μη μαγνητικού υλικού, προκαλεί ροή ρεύματος σε κατάλληλες κλειστές διαδρομές.
Αυτά τα ρεύματα λαμβάνουν το όνομα ροές Foucault από τα εδάφια του νερού, μικρά σπειρωτικά ρεύματα που παρατηρούνται σε λίμνες και ωκεανούς. Αυτές οι κλειστές διαδρομές ροών Foucault μπορεί να είναι και χρήσιμες και ανεπιθύμητες.
Ενώ προκαλούν ανεπιθύμητες υψηλές απώλειες θερμότητας στο υλικό, όπως το πυρήνας του μετατροπέα, οι ροές Foucault βρίσκουν εφαρμογές σε διάφορες βιομηχανικές διαδικασίες, όπως η επαγωγική θέρμανση, η μεταλλουργία, η συγκόλληση, η φρένα κλπ. Αυτό το άρθρο ασχολείται με τη θεωρία και τις εφαρμογές του φαινομένου των ροών Foucault.
Απώλειες ροών Foucault στον μετατροπέα
Η ροή του μαγνητικού πεδίου μέσα στον πυρήνα του μετατροπέα εγεννά δυναμογενή στον πυρήνα, σύμφωνα με τον νόμο Faraday και Lenz, προκαλώντας ροή ρεύματος Foucault στον πυρήνα, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Θεωρήστε ένα τμήμα του πυρήνα του μετατροπέα, όπως φαίνεται. Το μαγνητικό πεδίο B(t) που παράγεται λόγω του ρεύματος i(t) του στροφούμενου, προκαλεί ροή ρεύματος ieddy μέσα στον πυρήνα.
Οι απώλειες λόγω ροών Foucault μπορούν να γραφτούν ως εξής :
Όπου, ke = σταθερά που εξαρτάται από το μέγεθος και αντιστρόφως ανάλογη με την αντίσταση του υλικού,
f = συχνότητα της πηγής ενεργοποίησης,
Bm = κορυφαία τιμή του μαγνητικού πεδίου και
τ = πάχος του υλικού.
Η παραπάνω εξίσωση δείχνει ότι οι απώλειες ροών Foucault εξαρτώνται από την πυκνότητα ροής, τη συχνότητα και το πάχος του υλικού και είναι αντιστρόφως ανάλογες με την αντίσταση του υλικού.
Για να μειωθούν οι απώλειες ροών Foucault στον μετατροπέα ο πυρήνας σχηματίζεται από το στοίβαζμα λεπτών πλακών, οι οποίες ονομάζονται λαμελλώσεις, και κάθε πλάκα είναι απομονωμένη ή επικαλυμμένη με βερνίκι, έτσι ώστε η ροή των ροών Foucault να περιορίζεται σε πολύ μικρή επιφάνεια κάθετης τομής κάθε πλάκας και να είναι απομονωμένη από τις άλλες πλάκες. Έτσι, ο δρόμος ροής του ρεύματος μειώνεται στο ελάχιστο. Αυτό αντιπροσωπεύεται στο παρακάτω σχήμα :
Για να αυξηθεί η αντίσταση του υλικού, χρησιμοποιείται ψυχροπεπλασμένο ρυθμισμένο, CRGO grade steel ως πυρήνας του μετατροπέα.
Ιδιότητες των ροών Foucault
Αυτές εισάγονται μόνο μέσα στα υλικά συμπεριφοράς.
Αυτές διαστρεβλώνονται από ελαττωματικά όπως τραχύτητες, οξείδωση, άκρα κλπ.
Οι ροές Foucault ασθενούν με το βάθος με την υψηλότερη ένταση να παρουσιάζεται στην επιφάνεια.
Εφαρμογή των ροών Foucault
Μαγνητική Λευκοτομία: Είναι ένα είδος απωθητικής λευκοτομίας που βρίσκει εφαρμογή σε σύγχρονα υψηλής ταχύτητας τρένα Maglev για την παροχή μεταφοράς χωρίς τριβή. Η μεταβαλλόμενη μαγνητική ροή που παράγεται από ένα υπερδιαχυτό μαγνήτη που τοποθετείται στο κινούμενο τρένο, προκαλεί ροές Foucault στο σταθερό συμπεριφοράς φύλλο πάνω στο οποίο το τρένο λευκοτομεί. Οι ροές Foucault αλληλεπιδρούν με το μαγνητικό πεδίο για να παράγουν δυνάμεις λευκοτομίας.
Υπερθερμία Θεραπείας Καρκίνου: Χρησιμοποιείται η θέρμανση ροών Foucault για τη θέρμανση των ιστών. Ροές Foucault εισάγονται στα συμπεριφοράς αγωγούς μέσω παρακείμενων στροφούμενων συνδεδεμένων σε ένα κατάλογο που είναι συνδεδεμένος με μια πηγή ραδιοσυχνοτήτων.
Φρένα ροών Foucault: Η κινητική ενέργεια μετατρέπεται σε θερμότητα λόγω των απωλειών ροών Foucault, που βρίσκει πολλές εφαρμογές στη βιομηχανία :
Φρένα τρένων.
Φρένα αμουστέρ.
Ηλεκτρική πελέκυ και τρυπάνο για επείγουσα απόσβεση.
Επαγωγική Θέρμανση: Είναι η διαδικασία ηλεκτρικής θέρμανσης ενός συμπεριφοράς σώματος μέσω της εγκατάστασης ροών Foucault με χρήση υψηλής συχνότητας ηλεκτρομαγνήτου. Οι κύριες εφαρμογές είναι η επαγωγικ
