Токи фарадея польза и вред
Вихревые или еще так называемые цикличные токи могут нести в себе помимо вреда еще и пользу. С одной стороны, вихревые токи – это непосредственная причина потерь электроэнергии в проводнике либо же катушке. В то же самое время на этом эффекте построены современные индукционные печи, так что польза от таких токов есть. Давайте поговорим о пользе и вреде немного по подробней.
yandex.ru
Краткое определение
Для начала давайте дадим определение озвученному явлению. Вихревые токи – это такие токи, которые начинают протекать по причине воздействия переменного магнитного поля. При этом может изменяться не само поле, а положение проводника в этом поле, то есть если проводник начнет перемещаться в статичном поле, то в нем все равно образуются токи Фуко.
И траекторию протекания таких токов определить невозможно. Известно лишь то, что ток проходит в том месте, где сопротивление минимально.
Как открыли это явление
Изначально вихревые токи были зафиксированы в 1824 году ученым
Д.А. Араго во время проведения следующего опыта:
На одной оси были смонтированы медный диск и магнитная стрелка, диск располагался внизу, а стрелка несколько выше. Так вот, когда стрелку вращали, то медный диск также начинал вращаться, так как протекающие токи формировали магнитное поле, которое и вступало во взаимодействие с магнитной стрелкой.
Наблюдаемый эффект получил название – явление Араго.
yandex.ru
По истечении нескольких лет этот вопрос стал изучать Максвелл Фарадей, который как раз открыл закон электромагнитной индукции. Так вот, согласно открытому закону было сделано предположение, что магнитное поле оказывает непосредственное воздействие на атомарную решетку проводника.
И образующийся в результате данного воздействия электрический ток, всегда формирует магнитное поле во всем проводнике.
А подробно описал вихревые токи уже экспериментатор Фуко, именно поэтому второе название вихревых токов – токи Фуко. С историей немного познакомились, теперь давайте узнаем природу вихревых токов.
Природа вихревых токов
Замкнутые циклические токи могут образоваться в проводнике только в том варианте, когда магнитное поле, в котором находится проводник, имеет нестабильную структуру, то есть имеет вращение или изменяется со временем.
Из этого следует, что сила вихревых токов имеет прямую связь со скоростью изменения магнитного потока, проходящего через проводник.
По общепринятой теории электроны перемещаются в проводнике линейным образом из-за разности потенциалов, а это значит, что ток имеет прямое направление.
yandex.ru
Токи Фуко ведут себя совершенно по-другому и образуют вихревой замкнутый контур прямо в проводнике. При этом данные токи способны на взаимодействие с магнитным полем, которое их и создало.
Проводя исследование этих токов, ученый Ленц сделал вывод, что сгенерированное вихревыми токами магнитное поле не позволяет магнитному потоку, который и создал эти токи, измениться. При этом направленность силовых линий вихревого тока идентично вектору направления индукционного тока.
Вихревые токи и их вред
Давайте вспомним, как выглядит обычный трансформатор.
Так вот, если вы внимательно посмотрите на сердечник, то вы увидите, что он собран из отдельных пластин. А вам не кажется, что гораздо проще его было выполнить цельным?
Именно таким «дроблением» пытаются максимально снизить негативное воздействие токов Фуко. Ведь вихревые токи нагревают тело, в котором они протекают.
Как же они появляются в трансформаторе? Его работа и основана на принципах взаимодействия магнитных полей переменного характера, а как мы уже знаем переменное поле неизбежно порождает вихревые токи.
yandex.ru
Получается, что вихревой ток нагревает сердечник. А нагрев ведет к снижению КПД и сильный перегрев приведет к оплавлению изоляции, а значит разрушению трансформатора.
Как снижают потери
Данные потери могут быть описаны следующей формулой:
Как вы знаете, верно следующее утверждение: проводник с маленьким сечением обладает большим сопротивлением, а чем больше сопротивление проводника, тем меньший ток проходит через него.
Именно поэтому сердечник выполнен из цельного куска стали, а не собран из тонких пластин, которые изолированы друг от друга окалиной или слоем лака. Такой способ сборки сердечника максимально уменьшает потери в сердечнике, то есть сводят вихревые токи до минимума.
Полезное использование вихревых токов
Данные токи не только несут негатив. Их давно научились использовать с пользой. Так, например, свойства вихревых токов используются в индукционных счетчиках. Данные токи замедляют вращение алюминиевого диска, который вращается под действием магнитного поля.
Так же создание индукционных сталеплавильных печей оказало несоизмеримый вклад в развитие всей современной индустрии производства стали.
yandex.ru
Такие печи работают следующим образом: металл, который будут подвергать плавлению, помещают внутрь катушки, через которую начинают пропускать ток повышенной частоты. При этом магнитное поле формирует большие токи внутри металла, и последующий нагрев расплавляет металл.
В многоквартирных домах вы сможете увидеть индукционные плитки, принцип работы которых также основан на использовании эффекта образования вихревых токов.
Заключение
Это все, что я хотел вам рассказать о вихревых токах (токах Фуко). Если статья оказалась вам полезна или интересна, то оцените ее лайком. Спасибо за ваше внимание!
Все процессы в нашем теле подчиняются законам физики
Электротерапия – дозированное воздействие на организм электрических токов, а также электрических, магнитных или электромагнитных полей.
Электрический ток представляет собой направленное движение свободных электрических зарядов.
Прохождение тока через ткани вызывает перенос различных заряженных веществ и изменение их концентрации.
Ток проникает в основном через выводные протоки потовых и сальных желез.
Поскольку общая площадь пор не превышает 1/200 части поверхности кожи, то на преодоление эпидермиса, обладающего наибольшим сопротивлением, тратится большая часть энергии тока.
Эффект воздействия
Запускается каскад реакций, характерных для обратимого повреждения клеток, в результате которого в клетках стимулируется синтез белков теплового шока. В клетках срабатывает механизм неспецифической адаптации, усиливающей репарационный потенциал тканей. Одним из физико-химических эффектов при электротерапии считается изменение кислотно-щелочного баланса в тканях вследствие перемещения положительных ионов водорода к катоду, а отрицательных гидроксильных ионов — к аноду. Изменение же pH тканей отражается на деятельности ферментов и тканевом дыхании, служит источником раздражения кожных рецепторов. Поскольку ионы гидратированы, то наряду с движением ионов при электротерапии происходит движение жидкости (воды) в направлении катода (это явление называется электроосмосом). Вследствие этого под катодом наблюдается отек и разрыхление, а в области анода — сморщивание и уплотнение тканей. Эти и другие физико- химические эффекты тока определяют его физиологическое и терапевтическое действие.
Классификация электротерапевтических методов
Постоянный электрический ток низкого напряжения – гальванизация, дезинкрустация, лекарственный электрофорез.
Импульсный ток низкой частоты и низкого напряжения – диадинамотерапия, электростимуляция, электролиполиз.
Переменный электрический ток низкого и высокого напряжения – амплипульстерапия (миостимуляция), местная дарсонвализация.
Дезинкрустация
Процедура глубокой чистки пор (омыление и «изъятие» комедонов) при помощи электрического тока.
Методика проводится либо постоянным (гальваническим), либо переменным током. Важным условием является наличие отрицательного электрода-валика, прокладка которого пропитана дезинкрустантом, благодаря которому и осуществляется работа по растворению сального секрета. Положительный электрод пациент держит в руке.
Под воздействием отрицательного электрода поры раскрываются, происходит частичное омыление и эмульгирование жиров, которые затем и удаляются через выводные протоки сальных и потовых желез. После этого проводится деликатная чистка лица ватными дисками. По окончании процедуры для восстановления pH кожи полярность активного электрода меняется, и им обрабатывают те же участки в течение 1-2 минут.
Противопоказания
Острые и гнойные воспалительные процессы различной локализации, расстройства кожной чувствительности, индивидуальная непереносимость тока, нарушение целостности кожных покровов в местах воздействия, сосудистая сетка, экзема.
Электрофорез (ионофорез)
Сочетанное воздействие на организм человека электрического тока и вводимого посредством него лекарственного средства. При помещении таких средств в электрическое поле содержащиеся в них ионы проникают на небольшую глубину, образуя в коже депо, затем, вымываясь лимфой, попадают в глубокие ткани и оказывают там свое лечебное действие.
Показания для проведения процедур электрофореза в конечном
счете определяются фармакологическими свойствами вводимых препаратов. Очень важно, каким зарядом обладает средство, предназначенное для ионофореза.
Если упоминание о полярности отсутствует, средство имеет положительный заряд и вводится с положительного электрода.
Противопоказания.
Противопоказания к применению конкретного вводимого вещества (непереносимость препарата, аллергические реакции и пр.). Острые и гнойные воспалительные процессы различной локализации, расстройства кожной чувствительности, индивидуальная непереносимость тока, нарушение целостности кожных покровов в местах воздействия, сосудистая сетка, экзема.
Самыми интересными и наиболее востребованными в косметологии представляются переменные импульсные токи низкой частоты.
На применении этих токов основаны такие методики, как электростимуляция, микротоковая терапия, электролиполиз. Они имеют как общие, так и специфические, т. е. присущие конкретной методике эффекты.
Общими, безусловно, являются мио- и нейростимулирующее, сосудорасширяющее и трофостимулирующее действия. Происходит тонизация мышечного и нервного аппарата, улучшается тургор кожи, вследствие чего она становится более эластичной, нормализуется крово- и лимфообращение в подлежащих тканях. Переменные импульсные токи низкой частоты, несомненно, могут играть ведущую роль при таких показаниях, как избыточный вес, липодистрофия (целлюлит), мышечная атония, дряблая возрастная кожа, пастозность (отечность).
Абсолютные противопоказания. Злокачественные и доброкачественные новообразования, искусственный кардиостимулятор, острые воспалительные заболевания кожи и внутренних органов.
Относительные противопоказания. Желче- и мочекаменная болезнь, тромбофлебит, нарушение кожного покрова, неиммобилизированные переломы костей.
Электростимуляция
Любая двигательная реакция организма обусловлена воздействием на мышцы электрических импульсов, поступающих из коры головного мозга по нервам, пронизывающим весь организм. Впервые этот механизм был открыт в конце XIX века английским ученым Фарадеем.
Кроме вида и силы тока, важным параметром электростимуляции является частота следования импульсов. В зависимости от этого параметра в электростимуляции можно выделить несколько видов методик, применимых в косметологии.
Используя ток низкой частоты, получаем глубокий вибрационный расслабляющий массаж.
Ток от 25 до 75 Гц моделирует естественную работу мышц (миостимуляция/лифтинг).
Короткие интенсивные последовательные сокращения в направлении тока лимфы приводят к активизации лимфосистемы.
Стоит обратить внимание и на системные эффекты электростимуляции. Под действием тока улучшается общее кровообращение, нормализуется работа выделительных функций организма.
Микротоковая терапия
При микротоковой терапии нет прямой мышечной стимуляции и выраженного сокращения мышц. При воздействии микротоками улучшается микроциркуляция тканей и, что особенно важно, значительно увеличивается выведение токсических продуктов из межклеточного пространства, преимущественно через лимфатическую систему. Микротоки нормализуют процессы в клетках тканей, в результате происходит восстановление мышечных волокон.
Использование микротоковой терапии в косметологии позволяет восстановить атрофированные мышцы, снять спазм. За счет восстановления эластических и коллагеновых волокон происходит разглаживание морщин и складок, нормализуются тургор и увлажненность, улучшаются цвет и эластичность кожи. Эффективна микротоковая терапия для рассасывания постугревых рубцов, нормализации функции сальных желез, при лечении угревой сыпи, алопеции. Воздействие на лимфатическую систему приводит к устранению пастозности (отечности) лица, подтягиванию опустившегося носогубного треугольника, подбородка.
Общие противопоказания к микротоковой терапии те же, что и для электростимуляции. Специфическое противопоказание: наличие металлических протезов в зоне воздействия микротоков.
Электролиполиз
Эффект процедуры электролиполиза был обнаружен в некоторой степени случайно. Специалисты заметили, что во время лечения у тучных пациентов наблюдалось уменьшение жировой массы именно в тех зонах, куда вводились иглы диализа, а также в областях, находящихся между иглами.
Одноразовые электроды – иглы вводятся в подкожно-жировой слой, и на них подается импульсный ток . Несмотря на устрашающий вид, процедура практически безболезненна, поскольку в жировой ткани отсутствуют нервные окончания, при этом эстетические результаты — впечатляющие. Важным моментом при назначении электролиполиза является дополнительное включение в курс процедур лимфодренажа, так как растворенный иглами жир необходимо вывести через лимфосистему.
Методику иглолиполиза применяют как на теле, так и на области второго подбородка. При этом выбирается соответствующий размер игл- электродов.
Аппаратно- мануальный массаж
При этой методике используются два фактора — ручной массаж и усиливающий его импульсный ток. Массаж производится по массажным линиям с помощью токопроводящих перчаток, надетых на руки косметолога. Применяют методику преимущественно для процедур лимфодренажа. Такой массаж привлекает пациентов весьма приятными ощущениями и видимыми результатами.
Эффективность и результативность лечения, прежде всего, обусловлена не большим количеством процедур, а умением врача применять свои знания для комплексного многофакторного воздействия в течение всего курса оздоровления. В случае сочетанного использования двух и более физических факторов одновременно или комбинированного воздействия, когда те или иные факторы применяются последовательно, происходит потенцирование эффекта, увеличение продолжительности последействия. При выборе средств комплексной терапии с применением электротерапевтических методов необходимо руководствоваться знанием совместимости различных физических факторов. А именно: в один день не используют факторы-антогонисты, угнетающие и возбуждающие центральную нервную систему (например, электросонтерапия и электрофорез кофеина). Несовместимы электро- и лазеротерапия, высокочастотная электротерапия и магнитотерапия, а также фототерапия.
Еще в далеком 1836 году английским физиком М. Фарадеем было изобретено устройство для экранирования аппаратуры от всевозможных электромагнитных полей. Несмотря на почтенный возраст изобретения, оно актуально до сих пор. Речь идет о клетке Фарадея. О ней я и расскажу вам сегодня.
Клетка Фарадея в красивом шоу с катушками Тесла
Что такое клетка Фарадея и как она работает
Итак, данное устройство представляет собой клетку, которая выполнена из металла с высокой электропроводностью и в большинстве случаев имеющее заземление. А принцип действия данного устройства предельно прост:
Принцип работы клетки Фарадея
Под воздействием внешнего электромагнитного поля внутри металла клетки свободные электроны начинают движение. В результате этого противоположные стороны клетки конструкции приобретают такой заряд, что образованное им поле стремится компенсировать воздействие внешнего электромагнитного поля.
Но клетка Фарадея не способна защитить от постоянного или же медленно изменяющегося магнитного поля. Например, в такой клетке компас все так же верно указывает на север, что говорит нам о том, что магнитные линии Земли беспрепятственно проникают во внутренний объем клетки.
Для того, чтобы экранировать высокочастотные излучения, размер ячейки должен быть меньше длины волны излучения.
Причем эффективность экранирования напрямую зависит от формы токопроводящего материала.
При этом прослеживается следующая зависимость: чем быстрее изменяется электромагнитное поле, тем сильнее сопротивляется материал к проникновению поля вовнутрь клетки.
Но при этом так же верно следующее: чем больше частота поля, тем лучше оно проникает через сетку с фиксированным размером ячейки.
Если же источник переменного электромагнитного поля поместить внутрь незаземленной клетки Фарадея, то можно заметить, что электромагнитные волны гасятся в меньшей степени, чем входящие.
Клетка Фарадея в действии
Примечание. Распространено заблуждение, что клетка Фарадея полностью блокирует электромагнитное поле. Она (клетка) лишь максимально снижает его воздействие и степень этого снижения зависит от следующих факторов:
1. Размер ячейки и электропроводность металла клетки.
2. Частота и форма электромагнитной волны.
3. Расстояние от источника излучения.
4. Мощность источника изучения.
И получается, что клетка из сплошных листов стали гораздо эффективней подавляет излучение, чем любая сетка.
Использование клеток Фарадея в современном мире
Итак, принцип работы понятен и предельно прост, теперь давайте посмотрим, где такие клетки используются сейчас. И для этого нам не надо отправляться в лаборатории, а достаточно выйти на кухню и взглянуть на микроволновку.
Обычная микроволновка – тоже клетка Фарадея
Ее корпус выполнен из сплошного металла, а на прозрачную дверцу нанесен специальный металлический перфорированный лист железа с ячейкой от 1 до 3 мм, что успешно блокирует излучение с длиной волны в 12 см.
Так же если вы посмотрите на самый обычный телевизионный кабель, то вы увидите в нем экранирующую оболочку, которая так же является клеткой Фарадея.
Еще модифицированные клетки используются в специальных защитных костюмах обслуживающего персонала подстанций напряжением выше 330 кВ.
Защитные костюмы, созданные по принципу Клетки Фарадея
Даже этих нескольких примеров вполне достаточно чтобы понять, что изобретение великого М. Фарадея живет и очень активно используется в современном мире. Если вам понравилась статья, тогда оцените ее лайком и спасибо, что уделили внимание!