Abonner på vores månedlige nyhedsbrev!

Da magneten falder gennem røret, ser røret et skiftende magnetfelt. Dette skiftende felt inducerer en strøm, der cirkulerer rundt i røret. Det er en stærk strøm, der kun varer et kort øjeblik, mens magneten passerer.

Når du ser en strøm, der går rundt i en cirkel på den måde, kan det måske minde dig om en elektromagnet. Det vil sige, at en strøm, der går rundt i en cirkel på den måde, skaber et magnetfelt. I dette tilfælde er det magnetiske felt, der skabes af disse elektricitetsstrømme, (generelt) i modsat retning af magnetens magnetfelt. Det magnetfelt, der skabes af hvirvelstrømmene, er modsat magnetens felt, på samme måde som et par frastødende magneter frastøder hinanden.

Mens tyngdekraften trækker magneten nedad, skaber hvirvelstrømmene et magnetfelt, der modsætter sig bevægelsen.

Samme koncept, anden anvendelse

Har vi ikke set det før? Jo! Tænk på vores nylige artikel, der beskriver driften af en Shake Flashlight. I den flyttede vi en magnet frem og tilbage gennem indersiden af en trådspole.

For så vidt angår hvirvelstrømme, er de ligeglade med, om kobbermassen omkring magneten er en massiv klump eller en vikling af mange vindinger af isoleret tråd – der produceres stadig en strøm i en cirkulær bevægelse i metallet.

Den eneste forskel mellem disse to situationer er, at vi var i stand til at tappe på enderne af lommelygtens ledning og bruge strømmen til at drive en LED-lampe.

Demonstration #2, magnet på en plade

Magneten, der falder gennem et rør, er et klassisk eksempel, men vi er ikke begrænset til denne geometri. Der er mange måder at inducere strømme i metal på. Alt, hvor magnetfeltet på et bestemt punkt i metallet ændrer sig med magnetens bevægelse, vil fungere.

En populær opsætning til hvirvelstrømsbremser er at sætte to stærke magneter med et mellemrum mellem dem. Dette skaber et stærkt magnetfelt mellem de to magneter, som tidligere beskrevet i vores artikel om Gap Calculator.

Hvis dette magnetpar placeres på hver side af en snurrende skive, vil de hvirvelstrømme, der induceres i metallet, virke bremsende på det. Dette billede på Wikipedia er et godt eksempel.

En anden god demonstration er en forenklet udgave: Lad en tynd skivemagnet glide langs en aluminiumsplade. Det virker på grund af de samme principper, som bruges med magneten i en rørdemonstration, men du kan se magneten hele tiden. Vi brugte en DX02, 1″ diameter x 1/8″ tyk skivemagnet på en 2″ bred strimmel 1/8″ tyk aluminium til denne demonstration.

Hvordan er hvirvelstrømme nyttige

Fra Wikipedia, hvirvelstrømsbremser på en rutsjebane

Vi har allerede nævnt hvirvelstrømsbremser, hvor det modsatrettede magnetfelt kan bruges til at bremse noget ned. Sådanne bremser bruges ofte på tog og rutsjebaner. Billedet til højre er et godt eksempel på en sådan bremse. En kobber- eller aluminiumsplade stikker ud fra rutsjebanevognen(e), som ikke er vist, og passerer mellem de viste magneter. Hvis der anvendes permanente magneter, fungerer bremsen selv ved fuldstændig strømafbrydelse.

Eddy Current Material Separators kan anvendes til at adskille metaller fra ikke-metalsk affald. Maskiner, der anvender denne metode, kan f.eks. bruges til at adskille aluminiumsdåser fra affald.

Identificering af metaller: Møntautomater, der anvender hvirvelstrømme, anvendes til at opdage falske mønter. Da hvirvelstrømmene er forskellige for en ægte mønt og en falsk mønt, kan fabrikanterne af salgsautomater bruge dette til at sikre, at mønterne er ægte.

Eddy-Current Testing er en ikke-destruktiv testmetode for metaller, som kan bruges til at opdage revner i metaller. Tænk i retning af at finde træthedssprækker i skindet på et fly eller varmevekslerrør i et kraftværk.

Induktionsopvarmning: De elektriske kogeplader med glasplade bruger induktion til at opvarme din metalpande eller gryde. Se denne side på Wikipedia, som indeholder et pænt billede af en afmonteret kogeplade, der tydeligt viser den anvendte spole af kobbertråd.

Hvordan er hvirvelstrømme ikke så nyttige

Når en vekselstrøm løber gennem en ledning, løber en stor del af strømmen i virkeligheden på overfladen af ledningen. Dette kaldes almindeligvis skin-effekt, men det er i virkeligheden forårsaget af hvirvelstrømme. Med vekselstrøm i en ledning veksler strømmen frem og tilbage. Det betyder, at de magnetfelter, der skabes af denne strøm, naturligvis ændrer sig. Dette skaber hvirvelstrømme i inde i ledningen, som modstår strømmen af elektricitet.

Hvis der ikke fandtes hvirvelstrømme, kunne man få mere strøm gennem en given ledning.

Til et andet eksempel kan man tænke på en transformer. Det er hvirvelstrømme, der er ansvarlige for opvarmningen af stålkernen i en transformer, som beskrevet her.

Kan jeg beregne kraften af hvirvelstrømme?

Nej, ikke særlig let. Vi bliver ofte stillet dette spørgsmål, og vi ville ønske, at vi havde et nemmere svar. Den kraft, man får fra magneter, der bevæger sig i nærheden af kobber- eller aluminiumskonstruktioner, afhænger af mange faktorer, herunder:

• styrken af det magnetiske felt i metallet og størrelsen af ændringen i feltstyrken. Dette påvirkes af:
  • magnetens størrelse og styrke: større, tykkere magneter giver stærkere magnetfelter, se Overfladefelter 101
  • magnetens (magneternes) position i forhold til metaldelen, hvilket hænger sammen med feltstyrken
• metallets form, tykkelse og geometri: tykkere rør får en magnet til at falde langsommere igennem det i de eksperimenter, der er vist i videoerne ovenfor
• magnetens/metalets hastighed: Hurtigere resulterer i mere kraft, op til et punkt

Det er bestemt ikke trivielt at regne alt dette ud. Mens vi har en fin måde at regne magnetfeltstyrken ud på i området omkring en enkelt magnet i det frie rum (se vores magnetfeltberegner), er tilfældet med en magnet, der falder gennem et rør, meget mere komplekst. Den faldende magnet inducerer en strøm i røret, som skaber sit eget modsatte felt i den modsatte retning. Det er svært at bestemme styrken af dette felt teoretisk. Det er svært at lave tommelfingerregler, der gælder for alle situationer.

For at finde nogle svar om styrken af hvirvelstrømme i din anvendelse kan du overveje at bruge eksperimentelle metoder, tredimensionel FEA (Finite Element Analysis) eller begge dele.