Înscrieți-vă pentru a primi buletinul nostru informativ lunar!

Curenți turbionari

Învățați cum magneții puternici de neodim pot induce curenți turbionari, creând forțe electromagnetice în metale precum aluminiul și cuprul care nu sunt feromagnetice (magneții nu se lipesc de ele).

Ce sunt curenții turbionari?

Când un bun conductor electric (cum ar fi cuprul sau aluminiul) este expus la un câmp magnetic schimbător, se induce un curent în metal, numit în mod obișnuit un curent turbionar. Poate că cel mai bun mod de a-l explica este să arătăm efectele sale.

Demonstrația #1, magnetul într-un tub

Acest videoclip prezintă demonstrația clasică a curenților turbionari, lăsând să cadă un magnet magnetizat axial într-un tub metalic. În fiecare caz, tubul de cupru sau de aluminiu are un diametru interior puțin mai mare decât dimensiunea magnetului. Am folosit magneți DAA și DEX0 pentru aceste demonstrații.

Filmul verde, de vizualizare magnetică folosit în videoclipul de mai sus este disponibil ca MV43 al nostru.

Ce se întâmplă?

Cum magnetul cade prin tub, tubul vede un câmp magnetic în schimbare. Acest câmp schimbător induce un curent care se învârte în jurul tubului. Este un curent puternic care durează doar pentru un scurt moment în timp ce magnetul trece.

Acum, când vedeți un curent care se învârte în cerc în acest fel, s-ar putea să vă amintească de un electromagnet. Adică, un curent care se învârte într-un cerc ca acesta creează un câmp magnetic. În acest caz, câmpul magnetic creat de acești curenți de electricitate este (în general) în direcția opusă câmpului magnetic al magnetului. Câmpul magnetic creat de curenții turbionari se opune câmpului magnetului, la fel cum o pereche de magneți care se resping se resping unul pe altul.

În timp ce gravitația trage magnetul în jos, curenții turbionari creează un câmp magnetic care se opune mișcării.

Același concept, aplicație diferită

Nu am mai văzut asta înainte? Ba da! Luați în considerare articolul nostru recent în care descriam funcționarea unei lanterne Shake Flashlight. În el, am mișcat un magnet înainte și înapoi prin interiorul unei bobine de sârmă.

În ceea ce privește curenții turbionari, nu le pasă dacă acea masă de cupru din jurul magnetului este o bucată solidă sau o înfășurare de multe spire de sârmă izolată – tot se produce un curent într-o mișcare circulară în interiorul metalului.

Una singură diferență între aceste două situații este că am reușit să ne conectăm la capetele firului lanternei și să folosim curentul pentru a alimenta o lampă LED.

Demonstrația nr. 2, magnetul pe o foaie

Imagnetul care cade printr-un tub este un exemplu clasic, dar nu suntem limitați la această geometrie. Există multe moduri de a induce curenți în metal. Orice lucru în care câmpul magnetic într-un anumit punct al metalului se schimbă odată cu mișcarea magnetului va funcționa.

O configurație populară pentru frânarea curenților turbionari este de a pune doi magneți puternici cu un spațiu între ei. Acest lucru creează un câmp magnetic puternic între cei doi magneți, așa cum am descris anterior în articolul nostru Gap Calculator.

Dacă această pereche de magneți este plasată de o parte și de alta a unui disc care se învârte, curenții turbionari induși în metal vor acționa pentru a-l încetini. Această imagine de pe Wikipedia este un bun exemplu.

O altă bună demonstrație este o versiune simplificată: Lăsați un magnet disc subțire să alunece de-a lungul unei foi de aluminiu. Funcționează datorită acelorași principii folosite cu magnetul dintr-o demonstrație cu tuburi, dar puteți vedea magnetul tot timpul. Pentru această demonstrație am folosit un magnet disc DX02, cu diametrul de 1″ x 1/8″ grosime, pe o bandă de aluminiu de 2″ lățime și grosime de 1/8″.

Cum sunt utili curenții turbionari

Din Wikipedia, frânele curenților turbionari pe un roller coaster

Am menționat deja frânele curenților turbionari, unde câmpul magnetic opus poate fi folosit pentru a încetini ceva. Astfel de frâne sunt adesea folosite la trenuri și la roller coastere. Imaginea din dreapta este un bun exemplu al unei astfel de frâne. O placă de cupru sau de aluminiu iese din vagonul (vagoanele) de roller coaster, care nu este prezentată, și trece între magneții arătați. Dacă se folosesc magneți permanenți, frâna funcționează chiar și în cazul unei pierderi complete de energie.

Separatoarele de materiale cu curent electric pot fi folosite pentru a separa metalele de gunoaiele nemetalice. De exemplu, mașinile care utilizează această metodă pot fi folosite pentru a separa dozele de aluminiu din gunoi.

Identificarea metalelor: Aparatele de vending care funcționează cu monede utilizează curenți turbionari sunt folosite pentru a detecta monedele false. Deoarece curenții turbionari sunt diferiți pentru o monedă reală față de una falsă, producătorii de aparate de vending pot folosi acest lucru pentru a se asigura că monedele sunt reale.

Testarea cu curenți turbionari este o metodă de testare nedistructivă pentru metale, care poate fi folosită pentru a detecta fisurile din metale. Gândiți-vă la găsirea fisurilor de oboseală în pielea unui avion sau la tuburile schimbătorului de căldură dintr-o centrală electrică.

Încălzire prin inducție: Aragazurile electrice cu blat de sticlă folosesc inducția pentru a vă încălzi tigaia sau oala de metal. Vedeți această pagină de pe Wikipedia care include o imagine îngrijită a unui aragaz dezasamblat, care arată clar bobina de sârmă de cupru folosită.

Cum sunt curenții turbionari nu atât de utili

Când un curent alternativ trece printr-un fir, o mare parte din curent trece de fapt la suprafața firului. Acest lucru este denumit în mod obișnuit efect de piele, dar în realitate este cauzat de curenții turbionari. În cazul curentului alternativ într-un fir, curentul alternează înainte și înapoi. Acest lucru înseamnă că câmpurile magnetice create de acel curent se schimbă, bineînțeles. Acest lucru creează curenți turbionari în interiorul firului, care se opun fluxului de electricitate.

Dacă nu ar exista curenții turbionari, ați putea obține mai mult curent printr-un fir dat.

Pentru un alt exemplu, luați în considerare un transformator. Curenții turbionari sunt responsabili pentru încălzirea miezului de oțel al unui transformator, așa cum este descris aici.

Pot fi calculată forța curenților turbionari?

Nu, nu foarte ușor. Ni se pune adesea această întrebare și ne dorim să avem un răspuns mai ușor. Forța pe care o obțineți de la magneții care se deplasează în apropierea structurilor din cupru sau aluminiu depinde de mulți factori, inclusiv:

• intensitatea câmpului magnetic din interiorul metalului și magnitudinea modificării intensității câmpului. Aceasta este influențată de:
  • dimensiunea și puterea magnetului: magneții mai mari și mai groși produc câmpuri magnetice mai puternice, vezi Câmpuri de suprafață 101
  • poziția magnetului (magneților) în raport cu partea metalică, care are legătură cu intensitatea câmpului
• forma, grosimea și geometria metalului: țevile mai groase fac ca un magnet să cadă mai încet prin el în experimentele prezentate în videoclipurile de mai sus
• viteza magnetului/metalului: Mai repede rezultă o forță mai mare, până la un anumit punct

Înțelegerea tuturor acestor lucruri nu este cu siguranță banală. În timp ce avem o modalitate plăcută de a calcula intensitatea câmpului magnetic în regiunea unui singur magnet în spațiul liber (a se vedea Calculatorul nostru de câmp magnetic), cazul unui magnet care cade printr-o țeavă este mult mai complex. Magnetul în cădere induce un curent în țeavă, care creează la rândul său un câmp opus în direcția opusă. Determinarea teoretică a intensității acestui câmp este descurajantă. Este greu de făcut reguli empirice care să se aplice în orice situație.

Pentru a găsi unele răspunsuri despre intensitatea curenților turbionari în aplicația dumneavoastră, luați în considerare utilizarea metodelor experimentale, FEA (Finite Element Analysis) tridimensională sau ambele.

.