Virvelströmmen

Virvelströmmen, eller virvelströmmar, är elektriska strömmar som uppstår i ett elektriskt ledare när ledaren utsätts för ett växlande magnetfält eller när ledaren rör sig genom ett magnetfält. Detta följer av Faradays induktionslag och Lenzs lag: den inducerade strömmen verkar i motsatt riktning till förändringen i magnetiskt flöde. Strömmarna bildar små slingor inom ledarens tvärrsnitt och orsakar lokala energiförluster och magnetiska fält som motverkar förändringen i det externa fältet.

Vid låga frekvenser fördelas virvelströmmen över hela ledarens volym, medan högre frekvenser gör att strömmen dominerar i ett tunt skikt närmast ytan, en effekt som kallas hudeffekten. Detta leder till att ledarens effektiva motstånd ökar med frekvensen och att värme genereras i materialet.

Betydelse och tillämpningar

Virvelströmmar är både oönskade och nyttiga. De orsakar förluster och uppvärmning i kärnmaterial och elektriska komponenter som transformatorer, motorer och ledningar. Å andra sidan används virvelströmmar i en rad tillämpningar, bland annat icke-destruktiv provning (eddy current testing), induktionsuppvärmning, metall- och detekteringstekniker samt magnetiska bromsar och sensorer.

Beräkning och teori

Virvelströmmar beskrivs av Maxwells ekvationer tillsammans med materialets ledningsförmåga. Vid ofta använd eddy-current-approximationen gäller ett diffusionsläge för det magnetiska fältet. Huddjupet δ definieras som δ = sqrt(2/(ω μ σ)), där ω är vinkelhastigheten (frekvensen), μ är permeabilitet, och σ är ledningsförmåga. Genom att förstå virvelströmmarnas beteende kan man optimera designen av elektriska maskiner och diagnostiska metoder.