Разработка магнитного нагревателя
Гусак Андрей Иванович, Райчинец Артём Михайлович, Якимов Кирилл Вячеславович
Трёхгорный технологический институт ТТИ НИЯУ МИФИ, Трёхгорный, Россия
kefasio@mail.ru, artiom.raichinetz@mail.ru, kvyakimov@gmail.com
Все мы из школьной программы предмета Физика знаем, что такое индукционный ток. Тогда возникает ряд весьма осознанных вопросов: причем здесь магнитный нагреватель и индукционный ток? Какие ещё бывают токи? Свойства каких токов мы исследовали в нашем проекте?
Целью нашего проекта является – исследование устройства магнитного нагревателя.
Задачами исследования являются:
- изучение электрических токов;
- изучение свойств магнитного нагревателя;
- разработка магнитного нагревателя в домашних условиях;
- проведение экспериментов.
Гипотеза: возможно разработать магнитный нагреватель в домашних условиях.
Объектом исследования является – магнитный нагреватель. Предметом исследования является – разработка магнитного нагревателя в домашних условиях.
Электрические токи
Не многие знают или помнят из школьного курса физики, что существует много различных видов тока. Каждые токи служат в разных сферах жизни, например, под постоянным током принято считать ток, направление и величина которого не меняются во времени. В свою очередь, переменный ток – это электрический ток, изменяющийся во времени.
Помимо этого, различают: синусоидальный, квазистационарный, токи высокой частоты, пульсирующий и однонаправленный токи.
Процесс выделения теплоты, который необходим для нашего устройства, будет осуществлен с помощью диска, изготовленного из органического стекла, и закрепленных в нем магнитов. С его помощью можно будет раскалить металлические предметы до очень высоких температур [3].
Нагревание происходит во время вращения диска, в данный момент в металле, используемым для нагревания, возникают токи Фуко, или их еще называют – блуждающие токи. Именно из-за них и происходит нагрев металла. Так же этот прибор можно использовать в системах отопления. Эффективность этого устройства зависит не только от количества и силы магнитов, но и от скорости вращения диска. Чем больше будет скорость – тем выше и коэффициент полезного действия (КПД) устройства.
Вихревые токи, или токи Фуко (названные в честь Жана Бернара Леона Фуко) представляют собой вихревой индукционный объёмный электрический ток, возникающий в электрических проводниках при изменении во времени магнитного потока, пронизывающего данный объект. Токи Фуко возникают под действием изменяющегося во времени (переменного) магнитного поля и по физической природе ничем не отличаются от индукционных токов, возникающих в проводах и вторичных обмотках электрических трансформаторов [1].
Использование магнитного нагревателя
Тепловое действие токов Фуко используется в индукционных печах, где в катушку, питаемую высокочастотным генератором большой мощности, помещают проводящее тело, в котором возникают вихревые токи, разогревающие его до плавления. Подобным образом работают индукционные плиты, в которых металлическая посуда разогревается вихревыми токами, создаваемыми переменным магнитным полем катушки, расположенной внутри плиты.
Рисунок 1 – Принцип действия токов Фуко
Во многих случаях токи Фуко могут быть нежелательными. Для борьбы с ними принимаются специальные меры: с целью предотвращения потерь энергии на нагревание сердечников трансформаторов, эти сердечники набирают из тонких пластин, разделённых изолирующими прослойками (шихтовка). Появление ферритов сделало возможным изготовление этих сердечников сплошными.
Синусоидальный (или импульсный) ток, действующий в катушках вихретокового преобразователя, создает электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электромагнитном объекте. Электромагнитное поле вихревых токов воздействует на катушки преобразователя, наводя в них ЭДС или изменяя их полное электрическое сопротивление. Регистрируя напряжение на катушках или их сопротивление, получают информацию о свойствах объекта и о положении преобразователя относительно его. Особенность вихретокового контроля в том, что его можно проводить без контакта преобразователя и объекта. Их взаимодействие происходит на расстояниях, достаточных для свободного движения преобразователя относительно объекта (от долей миллиметров до нескольких миллиметров). Поэтому этими методами можно получать хорошие результаты контроля даже при высоких скоростях движения объектов [2].