Wykorzystanie prądów Foucaulta

II Wyjazdowa Sesja Naukowa Doktorantów
Politechniki Łódzkiej
Kwiecień 16 – 18, 2012; Rogów – Polska
WYKORZYSTANIE PRĄDÓW FOUCAULTA
Doktorant: Marek Binienda
Promotor: Prof. dr. hab. in.ż. Zdzisław Haś
* Instytut Inżynierii Materiałowej
Wydział Mechaniczny
Politechnika Łódzka, Polska
e-mail: [email protected]
Streszczenie:
We wrześniu 1855 roku Jean Bernard Léon Foucault odkrył, że siła potrzebna do obracania krążka
miedzi wzrasta jeżeli jest on umieszczony w polu magnetycznym. W krążku tym indukowały się prądy
wirowe zwane również prądami Foucaulta, które równocześnie powodowały nagrzewanie się metalu.
Zjawisko indukowania się prądów Foucaulta może mieć zarówno szkodliwe działanie jak i
pożądane skutki, wykorzystywane w technice. Prądy te szkodliwie wpływają na sprawność
transformatorów. Ciepło wydzielane w przewodzących prąd rdzeniu powoduje straty energii. Znane są
metody minimalizacji tego zjawiska poprzez sposób wykonania rdzenia z pakietów odizolowanych blach,
zamiast jednolitych brył metalu.
Jednakże pożądane zjawiska związane z indukowaniem się prądów Foucaulta znalazły szerokie
zastosowanie w praktyce. Prądy te generują zarówno ciepło jak i są źródłem sił elektromagnetycznych.
Ogrzewanie w wyniku przepływu prądów jest wykorzystywane w piecach indukcyjnych, do
rozgrzewania materiałów, generacji plazmy.
Siły elektromagnetyczne zaś są wykorzystywane w zjawiskach lewitacji magnetycznej oraz w
hamulcach magnetycznych. Szerokie zastosowanie prądy Foucaulta znalazły w nieniszczącącej
diagnostyce struktur metali (defektoskopia wiroprądowa).
Zjonizowany gaz jest środowiskiem przewodzącym prąd elektryczny. W plazmotronach ICP
(Inductively Coupled Plasma) energia pola magnetycznego cewki indukuje przepływ prądów Foucaulta w
gazie, powodując jego silne nagrzewanie. W wyniku tego zjawiska powstaje plazma, która może być
wykorzystana w procesach obróbki cieplno chemicznej metali. W zbudowanym plazmotronie
wytworzono plazmę w.cz. o pierścieniowym charakterze wyładowania w środowisku zjonizowanego
azotu w celu opracowania metody dyfuzyjnego umacniania warstwy wierzchniej narzędzi skrawających o
małych rozmiarach.
II Wyjazdowa Sesja Naukowa Doktorantów
Politechniki Łódzkiej
Kwiecień 16 – 18, 2012; Rogów – Polska
FOUCAULT CURRENTS APPLICATION
PhD Student: Marek Binienda
Supervisor: Prof. Zdzisław Haś
* Institute of Materials Science and Engineering
Faculty of Mechanical Engineering,
Technical University of Lodz, Poland
e-mail: [email protected]
Abstract:
In September 1855, Jean Bernard Léon Foucault discovered that the force required to rotate the
disc of copper increases when it is placed in a magnetic field. The swirling currents induced into the disc
are known as Foucault currents, which also cause heating of the metal.
The phenomenon of induction of the Foucault currents can have either harmful or desirable effects.
These currents adversely affect the efficiency of transformers. The heat generated in the conductive core
causes energy losses. The method of minimize this phenomenon is solved by way of making the core of
the isolated metal packages, instead of a single solid metal.
However desirable phenomena related to the induction of the Foucault currents are widely used in
many applications. These currents can generate a heat and can be a source of electromagnetic forces.
Heating due to currents is used in induction furnaces, the heating of materials or generation of plasma.
Electromagnetic forces are used in magnetic levitation and magnetic brakes. The extensive use of
Foucault currents found in the nondestructive detection (eddy current detection).
Ionized gas is electrically conductive environment. In the ICP (inductively coupled plasma) energy
of the magnetic field coil induces Foucault currents flow in the gas, causing overheating. As a result of
this phenomenon arises plasma, which can be used in the processes of chemical heat treatment of metals.
The designed and constructed original device sustains RF plasma ring discharge in a ionized nitrogen
environment to develop methods of diffuse strengthening the surface layer of cutting tools.