Alles over wervelstromen en hun relatie met magnetische inductie: wat ze zijn, hoe ze ontstaan en hun toepassingen in technologie.
Wat zijn wervelstromen en hoe hangen ze samen met magnetische inductie?
Wervelstromen, ook wel eddy currents genoemd, zijn circulerende elektrische stromen die opgewekt worden in een geleidend materiaal wanneer het blootgesteld wordt aan een veranderend magnetisch veld. Dit fenomeen is een direct gevolg van de wet van Faraday van elektromagnetische inductie. Begrijpen hoe wervelstromen werken en hoe ze samenhangen met magnetische inductie is essentieel voor toepassingen in de industrie en technologie, zoals in transformatoren, elektromotoren en inductiekoken.
De wet van Faraday
De wet van Faraday van elektromagnetische inductie stelt dat een veranderend magnetisch veld in een gesloten lus een elektromotorische kracht (EMK) induceert in de lus. De geïnduceerde EMK \( \varepsilon \) is gelijk aan de negatieve verandering van de magnetische flux \( \Phi_B \) door de lus per tijdseenheid:
\[ \varepsilon = -\frac{d\Phi_B}{dt} \]
De magnetische flux \( \Phi_B \) wordt gedefinieerd als het product van het magnetisch veld \( B \) en het oppervlak \( A \) dat het veld doorboort, en kan worden uitgedrukt als:
\[ \Phi_B = B \cdot A \cdot \cos(\theta) \]
Hoe ontstaan wervelstromen?
Wervelstromen ontstaan wanneer een geleidend materiaal blootgesteld wordt aan een veranderend magnetisch veld. Dit kan gebeuren wanneer het materiaal beweegt binnen een statisch magnetisch veld, of wanneer het magnetisch veld zelf verandert. De veranderende magnetische flux induceert een EMK en zorgt voor de stroom van circulerende elektrische stromen in het materiaal.
- Veranderingen in magnetische flux: Als een magneet in de buurt van een geleidend materiaal beweegt, verandert de magnetische flux die door het materiaal gaat. Dit induceert wervelstromen in het materiaal.
- Beweging van het geleidend materiaal: Wanneer het geleidend materiaal beweegt in een magnetisch veld, verandert de relatie tussen het materiaal en het veld, wat weer leidt tot veranderende flux en daarom wervelstromen.
Toepassingen van wervelstromen
- Transformatoren: In transformatoren kunnen wervelstromen leiden tot energieverlies als warmte. Dit verlies kan geminimaliseerd worden door het gebruik van gelamineerde kernen, die de paden voor wervelstromen beperken.
- Elektromotoren: Wervelstromen spelen een rol in de werking van elektromotoren door het genereren van secundaire stromen die de primaire stromen beïnvloeden en zo de motorprestaties beïnvloeden.
- Inductie koken: Bij inductiekookplaten wordt een wisselend magnetisch veld gegenereerd door een spoel onder het kookoppervlak. Dit veld induceert wervelstromen in de bodem van een ferromagnetische pan, wat leidt tot verwarming van de pan door weerstandsverliezen.
Al met al zijn wervelstromen een fascinerend en belangrijk aspect van elektromagnetisme en elektrische engineering. Begrip van dit fenomeen helpt ingenieurs en wetenschappers efficiëntere en effectievere technologieën te ontwikkelen in een breed scala van toepassingen.
Summary
