Нельзя узнать реальную траекторию движения токов для их учета, поскольку ток протекает там встречает наименьшее сопротивление. Вихревые токи всегда протекают по замкнутому контуру. Основные условия для возникновения явления — нахождение предмета в переменном магнитном поле или его перемещение относительно поля.

Токи Фуко: объяснение простыми словами

Токи Фуко — это вихревые токи, которые образуются в проводящих материалах при их нахождении в переменном магнитном поле. Эти токи движутся по замкнутым петлям внутри материала, вызывая потери энергии из-за сопротивления материала.

История открытия

В 1824 году ученый Д.Ф. Араго проводил эксперимент. Он смонтировал медный диск на оси, над ним расположил магнитную стрелку. При ее вращении диск начинал двигаться. Так впервые было зафиксировано наличие вихревых токов. Диск начинал вращаться, поскольку из-за протекания токов появлялось магнитное поле, которое взаимодействовало со стрелкой. Этот процесс назвали явлением Араго.

Спустя пару лет Майкл Фарадей, открывший закон электромагнитной индукции, объяснял это явление таким образом: подвижное магнитное поле порождает ток в диске (как в замкнутом контуре), и он взаимодействует с полем стрелки.

Почему второе название — токи Фуко?

Физик Фуко подробно исследовал явление вихревых токов. В ходе своих исследований он сделал открытие. Оно заключалось в том, что тела под воздействием вихревых токов нагреваются.

С теорией разобрались, теперь выясним, где применяются токи Фуко и какие вызывают проблемы.

На видео ниже предоставлено более подробное определение данного явления:

Вред от вихревых токов

Если вы рассматривали конструкцию сетевого трансформатора 50 Гц, наверняка обратили внимание, что его сердечник набран из тонких листов, хотя казалось бы, проще сделать цельную литую конструкцию.

Сердечник трансформатора

Дело в том, что таким образом борются с вихревыми токами. Фуко выявил нагрев тел, в которых они протекают. Так как работа трансформатора и основана на принципах взаимодействия переменных магнитных полей, то вихревые токи неизбежны.

Любой нагрев тел – это выделение энергии в виде тепла. В таком случае будут возникать теплопотери в сердечнике. Чем это опасно? В электроустановке сильный нагрев приводит к разрушению изоляции обмоток и выходу из строя машины. Вихревые токи зависят от магнитных свойств сердечника.

Влияние на работу трансформатора

Вихревые токи, возникающие в сердечнике трансформатора, могут привести к увеличению тепловых потерь и снижению эффективности оборудования. Особенно актуально это для устройств, где используется железный или стальной сердечник.

Как снизить потери

Потери энергии в магнитопроводе чреваты рисками поломок, но как с ними бороться? Чтобы снизить объем теплопотерь, сердечник набирают из тонких пластин электротехнической стали — это своеобразные меры профилактики для снижения паразитных токов. Такие потери описывает формула, по которой можно произвести расчет:

Как известно, чем меньше сечение проводника, тем выше его сопротивление и слабее ток. Пластины изолируют друг от друга окалиной или слоем лака. Сердечники крупных трансформаторов стягиваются изолированной шпилькой, чтобы снизить потери сердечника. Таковы основные способы уменьшения токов Фуко.

Каковы последствия у этого явления? Магнитное поле, возникающее из-за протекания токов Фуко, ослабляет поле, из-за которого они возникли. То есть вихревые токи уменьшают силу электромагнитов. Это касается и конструкции деталей электродвигателей и генератора: ротора и статора.

Зависимость от свойств сердечника

Величина вихревых токов существенно зависит от материала, из которого сделан сердечник, а также от его геометрии и толщины. Использование материалов с меньшим электрическим сопротивлением или деление сердечника на тонкие листы уменьшает вихревые токи.

Применение на практике

Теперь о полезных сферах применения токов Фуко. Огромный вклад в металлургическую промышленность был внесен изобретением индукционных сталеплавильных печей. Они устроены таким образом, что расплавляемую массу металла помещают внутри катушки, через которую протекает ток высокой частоты. Его магнитное поле инициирует сильные токи внутри металла до его полного плавления.

Индукционная тигельная печь

Примечание автора! Развитие индукционных печей значительно повысило экологичность производства металла и изменило представление о методах плавки. Я работаю на металлургическом комбинате, где десять лет назад запустили новый высокотехнологичный цех с такими установками, а спустя несколько лет после освоения нового оборудования был закрыт классический мартен. Это говорит о продуктивности такого способа нагрева металлов. Также используются вихревые токи для поверхностной закалки металла.

Наглядное применение на практике:

Кроме металлургии, вихревые токи используются в производстве электровакуумных приборов для полного удаления газов перед герметизацией колбы. С помощью токов Фуко электроды лампы разогревают до высоких температур, таким способом деактивируя газ.

В быту вы можете встретить кухонные индукционные кухонные плиты, которые работают на основе этого явления. Как видите, вихревые токи имеют свои плюсы и минусы.

Итоги

Токи Фуко несут и пользу, и вред. В некоторых случаях их влияние влечет за собой проблемы не из области электрики. Например, трубопровод, проложенный около кабельных линий, быстрее выходит из строя без очевидных сторонних причин. В то же время устройства индукционного нагрева доказали свою эффективность, тем более такой прибор для бытового использования можно собрать самому. Надеемся, теперь вы знаете, что такое вихревые токи Фуко, а также какое применение нашлось им на производстве и в быту.

Материалы по теме:

• Как сделать индукционный котел своими руками
• Зависимость сопротивления проводника от температуры
• Правило буравчика простыми словами