Eddy akımı, bir akımdaki dönen girdaplar gibi iletkenlerde dolaşan akımlardır. Dolaşım şekli girdabı andırdığı için bu akımlara girdap akımı da denir. Manyetik alanların değişmesiyle indüklenirler ve manyetik alan düzlemine dik kapalı döngüler halinde akarlar.
Bunlar, bir iletken bir manyetik alan içinde hareket ederken veya sabit bir iletkeni çevreleyen manyetik alan değiştiğinde oluşturulabilirler, yani iletkenin bir manyetik alanın yoğunluğunda veya yönünde bir değişiklik yaşamasıyla sonuçlanan herhangi bir şey girdap akımları üretebilir. Eddy akımının boyutu, manyetik alanın boyutu, döngünün alanı ve manyetik akının değişim hızı ile orantılı ve iletkenin direnci ile ters orantılıdır. Bir iletkenden geçen herhangi bir akım gibi, Eddy akımı da kendi manyetik alanını üretecektir. Lenz Yasası, bir girdap akımı gibi manyetik olarak indüklenen akımın yönünün, üretilen manyetik alanın, onu yaratan manyetik alan değişikliğine karşı koyacağını belirtir. Karşıt manyetik alanların yarattığı bu direnç, dönen elektrikli aletleri ve hız trenlerini durdurmak için yaygın olarak kullanılan Eddy akımı frenlemesinde kullanılır.
1824 yılında bir matematikçi, bilim adamı ve astronom olan François Arago, Eddy akımlarını ilk gözlemleyen kişi oldu. Dönen manyetizmayı deneyimleyen ilk kişiydi ve çoğu iletken şeyin manyetize olabileceğini anlamıştı. Ardından, 10 yıl sonra, Heinrich Lenz, Lenz yasasını önerdi, ancak Fransız bilim adamı Léon Foucault’nun 1855’e kadar önermedi.
Eddy akımları resmen Foucault tarafından keşfedildi. Birkaç test yaptı ve bir bakır diskin kenarı bir mıknatısın kutupları arasına konulduğunda, onu döndürmek için gereken kuvvetin arttığını belirledi. İndüklenen girdap akımlarının bir sonucu olarak diskte ısı oluşturuldu. Eddy akımı, 1819-1868’de fizikçi Foucault tarafından keşfedilen bu fenomenin sonucudur.
Eddy Akımının Nedenleri
Bir iletken bir manyetik alandan geçtiğinde veya sabit bir iletkenin etrafındaki manyetik alan değiştiğinde Eddy akımı üretilir. Eddy akımları, bir iletkendeki manyetik alanın yoğunluğu veya yönü her değiştiğinde üretilebilir.
Lenz Yasasına göre; Eddy akımı gibi indüklenen bir akımın yönü, oluşturduğu manyetik alan, buna neden olan manyetik alandaki değişime karşı koyacaktır. Bir iletkendeki elektronlar, bunun olması için manyetik alana dik bir düzlemde girdap şeklinde döner. Eddy akımının büyüklüğü:
- Manyetik alanın büyüklüğüyle orantılı
- Döngünün alanıyla orantılı
- Manyetik akının değişim hızıyla ters orantılı
- İletkenin direnciyle orantılı
Eddy akımları, onları üreten manyetik alandaki değişimi karşılar ve bir iletkende enerji kaybına neden olur. Bunlar enerjiyi kinetik veya elektrik enerjisi gibi ısıya dönüştürür. Dönen elektrikli aletleri ve hız trenlerini durdurmak için, girdap akımları oluşturmak için karşıt manyetik alanların neden olduğu direnci kullanıyoruz.
Eddy Akımını En Aza İndirme
Eddy akımlarını en aza indirmek için çeşitli yöntemler mevcuttur. Bu yöntemler şunlardır:
- Metal çekirdeği lamine ederek: Yalıtım malzemeleri metalik çekirdeğin laminasyonlarını ayırır ve laminasyonların düzlemi, girdap akımlarının yollarını kesecek şekilde manyetik alana paralel tutulmalıdır. Bu konfigürasyonun bir sonucu olarak Eddy akımlarının yoğunluğu azalır. Elektrik enerjisinin ısıya dağılımı, elektrik akımının yoğunluğunun karesiyle doğrudan değiştiğinden, ısı kaybı önemli ölçüde azalır.
- Çekirdeği yapmak için zayıf elektrik iletkenliği veya yüksek dirençli manyetik malzemeler kullanarak.
Eddy Akımı Frenlemeye Neden Oluyor
Bir hız treninde veya trenin fren sisteminde sabit bir mıknatısın yanından geçen iletken bir metal levha hayal edin. Levha mıknatısın sol kenarının ötesine uzandığında, manyetik alan yoğunluğu artar ve yüzeyinde saat yönünün tersine girdap akımlarının oluşmasına neden olur. Lenz yasasına göre bu akımların, dış manyetik alanın zıt yönünde bir manyetik alan oluşturacağını ve levha mıknatısın diğer ucundaki manyetik alandan ayrıldığında manyetik sürüklenme ile sonuçlanacağını biliyoruz.
Alan kayması ters yönde olacak ve saat yönünde girdap akımlarına ve bir manyetik alanın aşağıya doğru hareket etmesine neden olacaktır. Sonuç olarak, harici bir mıknatısı kendine çekerek darg etkisine neden olur. Bu sürükleme kuvvetleri, hareket eden levhayı yavaşlatarak levhada frenleme hareketini sağlar. Elektromıknatıslar sıklıkla harici mıknatısların yerine kullanılır. Elektromıknatısın bobininden akan akımı kontrol etmek, frenleme hareketinin boyutunu düzenlemeyi kolaylaştırır. Eddy frenleme temassız olduğu için mekanik aşınma veya yıpranma yoktur. Ancak Eddy akımlarında verimli sonuçlar alabilmek için iletkenin hareket etmesi gerekir. Eddy akımları, nesneleri hareketsiz konumlarında tutmadıkları için düşük hızda durma için etkisizdir, bu durumlarda normal sürtünmeli frenler kullanılır.
Eddy Akımının Kullanım Alanları
Eddy Akımının kullanım alanları oldukça fazladır. Eddy Akımının kullanım alanlarından bazılarını inceleyelim.
- Trenlerde Frenleme Mekanizması: Metalik raylar üzerinde çalışan trenlerdeki metal tekerlekleri vardır. Tren fren yaptığında, metal tekerlekler, Eddy akımına neden olan bir manyetik alana maruz kalır. Uygulanan manyetik alan ile tekerleklerde oluşan girdap akımları arasındaki manyetik etkileşim sonucunda trenler yavaşlar. Bu etki, tekerlekler hızlı bir şekilde dönmeye başladıkça artar ve tren yavaşladıkça, frenleme kuvveti azalır ve treni sorunsuz bir şekilde durdurur.
- Galvanometrelerde Sönümleme: Eddy akımları, ölü vuruşlu galvanometrelerin yapımında çok önemlidir. Durmadan önce, galvanometre iğnesi genellikle denge noktası etrafında ileri geri hareket eder. İğnenin bu salınımı, okumanın kaydedilmesinde algılanabilir bir gecikmeye neden olur. Manyetik olmayan bir metal çerçeve üzerine bobin sarılarak bu gecikme ortadan kaldırılabilir. Bobin saptıkça, metalik çerçevede girdap akımları oluşur ve iğne gecikmeden durur. Bobinin hareketi burada sönümlenir. Gerçekte, bazı galvanometreler, manyetik olmayan malzemelerden oluşan bobinlerden yapılmıştır. Bobinin salınımının bir sonucu olarak bobinde oluşan girdap akımları, bobinin hareketine direnme eğilimi gösterir ve onu anında durdurur.
- Evdeki Elektrik Sayaçları: Evlerimizde mekanik bir sayaç, üretilen elektrik akımları sayesinde biraz parlak metal bir diski döndürdü. Sayaçlardaki bu akımlar, değişen manyetik alandan kaynaklanır.
- İndüksiyona Dayalı Fırın: Üretilen büyük emk’nin bir sonucu olarak hızla değişen manyetik alanlarda büyük girdap akımları oluşur. Eddy akımları ısı üretir ve sıcaklığın yükselmesine neden olur. Gerçekte, bir indüksiyon fırınında üretilen önemli miktarda ısı, sıcaklığı çok yüksek bir değere yükseltir. Bileşen metali üzerinde bir bobin indüklenir ve yüksek frekanslı bir manyetik alana konur. Ortaya çıkan sıcaklıklar metali eritecek kadar yüksektir. Bu yöntem, cevherlerinden metal çıkarmak için sıklıkla kullanılır. İndüksiyon fırınları alaşım oluşturmak için kullanılır.
- Arabalardaki Hız Göstergeleri: Ulaşım için kullandığımız her araçta, aracın herhangi bir zamanda ne kadar hızlı hareket ettiğini bize söyleyen bir hız göstergesi vardır. Aracın hızına göre dönen bir mıknatısa sahiptir. Tamburda girdap akımları oluşur ve tambur dönen mıknatısın yönünde hareket ettiğinde, bağlı işaretçi skala boyunca hareket ederek aracın hızını gösterir.
- Ocaklar: İndüksiyon ocaklar, elektrik enerjisinin ısı enerjisine dönüştürülmesinin neden olduğu ısıtma etkisini kullanır. İndüksiyonlu ocakların üzerine metal plaka tabanlı mutfak eşyaları konur. Bu ocaklarda seramik plakaların altına bakır bobinler yerleştirilir. Bir bobin üzerinden alternatif bir akım beslendiğinde, oluşturulan salınımlı manyetik alanlar, kapların metal plakasında kapları ısıtan Eddy akımlarına neden olur.