Причины флюса: причины, симптомы, стадии лечения, профилактика

Флюс на десне. Лечение и симптомы. Цена, отзывы

Периостит (или флюс) – воспаление, являющееся последствием запущенного кариеса зуба. В некоторых случаях его приходится даже удалять. При первых же симптомах следуют срочно обращаться к врачу. Страх большинства людей перед стоматологами – развитый стереотип. Сложилось так, что до сих пор у многих лечение зубов ассоциируется с очень болезненными ощущениями. И даже при серьезных заболеваниях люди откладывают посещение стоматологического кабинета «на потом», надеясь, что всё пройдёт само. А проблема с течением времени только усугубляется. 

Если боль исчезает, то это вовсе не значит, что всё прошло. Потом она даёт о себе знать. Своевременное обращение к врачу избавит вас как от самой проблемы, так и от её последствий.

Симптомы и причины возникновения флюса на десне

В большинстве случаев причиной появления флюса является инфекция. Основные факторы, которые могут спровоцировать данный процесс:

• 
  Травмирование зуба. Сколы или трещины могут стать причиной проникновения инфекции в глубь тканей и спровоцировать заражение.

• 
  Глубокий кариес. Бактерии через твердые ткани и корневые каналы проникают в пульпу, а затем инфицируют и более глубокие прикорневые ткани, что приводит к воспалению надкостницы и провоцирует периостит.

• 
  Хронические инфекции. Насморк и другие ЛОР-заболевания могут привести к образованию флюса.

• 
  Стоматит. При нарушениях слизистой инфекция быстрее проникает в ткани и может развиться гнойное воспаление.

• 
  Киста. Формирование кисты сопровождается выделением гноя в околокорневом мешочке, что приводит к воспалительным процессам в тканях десны.

• 
  Ошибки врача при депульпировании зуба.

Появляется флюс на десне, лечение которого ни в коем случае нельзя откладывать. Гнойная инфекция может распространиться по организму, что приводит к флегмоне, а в тяжёлых случаях – к реанимации.

Симптомы флюса во рту следующие:

• 
  повышение температуры тела до +38;

• 
  отёк слизистой оболочки вокруг зуба;

• 
  припухлость щеки;

• 
  увеличение и появление боли в лимфоузлах под челюстью.

В запущенных случаях может наблюдаться сильный отёк десны, который переходит на губу и носогубную складку.

Существует ещё и хроническая форма заболевания. В таком случае развитие происходит крайне медленно, без резкого возникновения боли и отёков. Хроническая форма характеризуется утолщением челюстной кости с течением времени. Лечение флюса стоит начинать как только появились первые симптомы.

Особенности проведения процедуры

Лечение флюса на десне зависит от состояния зуба и пациента. Ликвидация абсцесса происходит путём его вскрытия. После полного оттока гнойной жидкости возможно удаление поражённого зуба, если он может спровоцировать ещё одно развитие нарыва. Лечение зубного флюса осуществляется после проведения процедуры по обезболиванию. Вскрытие абсцесса на десне может происходить одновременно с удалением зуба. Анестезия облегчает весь процесс.

В стоматологической клинике «НоваДент» для вас работают опытные стоматологи и новое оборудование. Для получения бесплатной консультации запишитесь на приём врача по телефону или через форму обратной связи.

Флюс. ЧТО ДЕЛАТЬ и как лечить?

Флюс — заболевание болезненное, неприятное и доставляющее настоящие страдания пациентам. Вылечить его в домашних условиях невозможно, так как это серьезный воспалительный процесс, избавить от которого может только врач-стоматолог.

Лечение флюсов желательно не запускать, ведь это заболевание — одно из самых мучительных и склонных к осложнениям. При первых признаках флюса на десне вы должны знать, что делать:

-не пытаться справиться с помощью народных средств в домашних условиях;

-обратиться к стоматологу за квалифицированной помощью.

Чем страшен флюс и как его избежать?

Если флюсы не лечить, то существует риск осложнений.

—Иногда пациент обнаруживает, что гнойный мешочек прорвался, гной вышел наружу через свищевой ход и, как следствие, боль утихла. При таком развитии стоит знать — болезнь не закончилась, а пациент при отсутствии лечения флюса рискует приобрести хроническую форму заболевания.

-Инфекция, ставшая причиной развития флюса, может привести к образованию гнойников и даже остеомиелиту — гнойному поражению костей и костного мозга.

Избежать возникновения этого заболевания очень легко, достаточно соблюдать несколько правил:

• регулярно чистить зубы, полоскать рот после каждого приема пищи, использовать зубную нить — то есть соблюдать гигиену полости рта;
• следить за состоянием десен, не допускать порезов, ранок, травм;
• регулярно проходить профилактические осмотры у стоматолога.

Флюс у ребенка.

От возникновения флюса не застрахованы даже дети. Молочные зубы наиболее подвержены кариозным поражениям, которые и провоцируют периостит. Поэтому родителям надо помнить, что своевременное лечение кариеса надежно защищает от возникновения у ребенка флюса. Но дети есть дети, и иногда для развития флюса достаточно даже небольшой травмы — и за этим уследить практически невозможно. Единственное, что под силу родителям — это вовремя обнаружить первые симптомы флюса у ребенка (а у детей и взрослых симптомы идентичны) и обратиться к стоматологу.

Лечение флюсов.

Несмотря на то, что флюс — серьезное заболевание, лечение его проходит всегда с положительным результатом. Стоматолог в зависимости от течения болезни и ее стадии определяет способ лечения.

Если вы обратились к доктору при первых же симптомах, то на ранней стадии будет проводиться консервативное лечение, подразумевающее обезболивание, терапию антибактериальными препаратами и противовоспалительными лекарствами, которые ускоряют устранение воспаления и помогают восстановлению. Лечение флюса с применением микроскопа в 99% случаях проходит успешно.

На более серьезной стадии, стоматолог осуществляет оперативное вмешательство — в пораженной области производится надрез, вставляется дренаж, через который удаляется серозная жидкость. После этого пациенту назначаются обезболивающие препараты, антибактериальные и противовоспалительные.

Помните, что лечение флюса в домашних условиях недопустимо и может быть опасным. Обратитесь за помощью к специалистам и они обязательно Вам помогут. Будьте здоровы!

Посмотреть клинические случаи До и После, записаться на прием, можно в Instagram клиники ВИД @denta_vid_rostov_  Также запись доступна по телефону 8(863)2098902.

Флюс, причины и симптомы | Cтоматология Люксар

Флюс (медицинское название — периостит) представляет собой воспаление надкостницы, привести к которой может невнимательное отношение к состоянию своих зубов, либо нежелание посещать стоматолога.
В 85% случаев флюс поражает поверхность челюстей, обращенных к губам. В остальных 15% — нёбо.
Формирование флюса начинается с воспаления, вызванного инфекцией, в области корня зуба. Образующийся гной, проходит через надкостницу и мягкую ткань десны, образуя шишку.
Опасность флюса заключается в разрыве мешочка с гноем и разнесением его с током крови по всему организму. Это в свою очередь вызывает абсцесс или флегмону, вызывающих у больного смертельный исход.

Срочная помощь стоматолога потребуется при наблюдении у больного следующих симптомов:

• сильная боль в области больного зуба, отражающаяся в области шеи и головы
• боль в зубе при жевании
• припухлость щеки, губы, носа, нижнего века на стороне больного зуба
• высокая температура

Гнойник может прорваться сам, но при этом не происходит снятия воспаления десны и надкостницы.
Причинами флюса могут быть травма зуба или слизистой оболочки рта, запущенный кариес, занесение инфекции в десну вместе с уколом, воспаление десневого кармана, отсутствие гигиены полости рта.
Диагностику данного заболевания проводит стоматолог при визуальном осмотре и при помощи рентгена.
Существует две стадии развития флюса:

• ранняя
• гнойная или острая

Первая стадия характеризуется воспалительным процессом внутри зуба, без образования характерной шишки. При осмотре корня зуба стоматолог решает вопрос об его удалении или сохранении. В обоих случаях назначаются противовоспалительные и обезболивающие препараты.

При отсутствии своевременного медицинского лечения первая форма переходит во вторую. Лечение зуба здесь возможно только хирургическим путем. Десну и при необходимости надкостницу, сделав обезболивание, надрезают. После выхода гноя наружу воспаленную зону обрабатывают антисептиками и укладывают в рану дренаж. Он позволяет десне не заживать до тех пор, пока не выйдет весь гной. После выхода гноя дренаж удаляется, десна при необходимости зашивается.
Лечение флюса народными средствами не принесет положительных результатов. Скорее всего можно получить обратный эффект.
Для облегчения болевых симптомов нельзя греть флюс, принимать антибиотики, обезболивающие препараты. Соответствующее лечение может назначить только врач. В случае отсутствия облегчения состояния больного через 10 часов после оперативного вмешательства нужно срочно обратиться к стоматологу.
Во избежание образования флюса рекомендуется дважды в год посещать стоматолога, два раза в день чистить зубы, периодически снимать зубной камень, чаще употреблять в пищу свежих овощей и фруктов.

Вам может быть интересно:

причины, диагностика, методика лечения – стоматология Президент

Флегмона, абсцесс и периостит (флюс) – это разные степени гнойных воспалительных заболеваний челюстно-лицевой области. Чаще всего проявляются на фоне запущенного кариеса.

Содержание

Флюс

В современной медицине термина «флюс» как такового больше не существует. Некогда востребованное слово теперь заменено на «одонтогенный периостит».

Периостит является первой стадией воспаления челюсти, которое практически всегда возникает вследствие запущенного кариеса. Редко проявляется в результате ушиба, попадания болезнетворных бактерий в карман между зубом и десной. Предпосылкой может быть пролеченный ранее пульпит.

Симптомы:

• постоянная зубная боль, усиливающаяся при надавливании или постукивании по зубу;
• сильное разрушение зуба;
• отек тканей вокруг зуба;
• припухлость щеки;
• в особо тяжелых случаях – повышение температуры тела.

Абсцесс – вторая стадия воспаления

Абсцесс функционально практически не отличается от периостита. Симптомы в данном случае те же. Гной, как и при флюсе, ограничен надкостницей, однако может проникнуть более глубоко в ткани.

Флегмона – опасное упущение

Флегмона является третьей, самой тяжелой стадией гнойного воспаления в тканях вокруг зуба. Гной в данном случае не ограничивается одной лишь надкостницей, а свободно гуляет по тканям, нередко проникая в лицевые мышцы, шейные отделы, а за ними и в трахею, пищевод, сердце.

ВАЖНО! Если флегмону вовремя не вылечить, она может привести к смертельному исходу!

Лечение периостита, абсцесса

Первым и самым главным шагом в лечении флюса является посещение врача. Во время процедуры стоматолог делает надрез во рту, выпуская скопившийся гной, после чего в ранку вставляется так называемый дренаж – резиновая полоска. Далее лечение продолжается дома при помощи назначенных противовоспалительных средств.

Лечение абсцесса отличается от ликвидации периостита только сроком ношения дренажа. Обычно резиновая полоска находится во рту несколько дольше.

Что происходит после лечения?

Обычно первые 2 дня сохраняются неприятные ощущения, хотя температура тела постепенно начинает снижаться, а боль уже не такая явная. Резкое улучшение состояния и внешнего вида наступает на третьи сутки.

Инфильтрат – уплотнение ткани в очаге воспаления – может сохраняться еще довольно долго. Постепенно «шишка» должна рассосаться.

Дренаж – резиновая полоска – должен оставаться в ране еще некоторое время после процедуры. Он не дает разрезу затянуться раньше срока, оставляя открытым путь для выхода гноя. Категорически запрещается каким-либо образом расшатывать, выталкивать, поправлять дренаж. Если полоска выпала, сразу обратитесь к врачу. Позвоните специалисту и в том случае, если через 12 часов после вскрытия флюса вам не стало лучше.

Запрещено при воспалении:

• делать согревающие компрессы и перевязки;
• самостоятельно назначать себе антибиотики и иные лекарства;
• принимать обезболивающие средства перед визитом к врачу;
• пить аспирин (до и после вскрытия).

Напоследок хочется сказать одно: пожалуйста, не бойтесь идти к врачу при первых симптомах кариеса. Лечить зуб все же менее болезненно, чем потом пытаться справиться с воспалением в тканях. Берегите себя!

Смотрите также

Флюс (периостит) на десне – лечение без осложнений

Как распознать периостит

Самые яркие признаки флюса — отёк и пульсирующая боль в районе воспаления, которая усиливается при давлении на зуб. Со временем болевые ощущения не поддаются обезболивающим средствам, щека и челюсть со стороны воспаления опухают, десна становится красной, боль может отдавать в глаз, ухо или горло (трудно глотать, поворачивать шею), температура тела повышается, увеличиваются лимфатические узлы, ощущается слабость в организме.

Причины воспаления:

• 
  запущенный или недолеченный кариес — наиболее частая причина;
• 
  стоматологическое вмешательство — флюс после удаления зуба, некачественного лечения;
• 
  гайморит;
• 
  ангина;
• 
  переохлаждение;
• 
  инфекции и травмы зубов и дёсен;
• 
  недостаточная гигиена; 
• 
  болезни полости рта — пародонтит, пульпит, гингивит и другие.

Как вылечить флюс

При периостите ни о каком домашнем лечении не может быть речи. Требуется оперативная медицинская помощь. Домашние методы лечения в лучшем случае ненадолго ослабят симптомы, в худшем — ускорят течение воспаления. Категорически запрещено нагревать участок поражения (так гной быстрее распространяется), принимать антибиотики и обезболивающие без назначения врача (есть риск кровотечения). Если игнорировать проблему, можно добиться сепсиса — заражения крови — и даже летального исхода.

В клинике врач проводит осмотр, консультацию, при необходимости назначает рентген и анализ крови для определения степени распространения заболевания и уровня лейкоцитов. Если пациент обратился за помощью на ранней стадии периостита, специалист назначает терапевтическое лечение. Это — приём антибиотиков и противовоспалительных препаратов, которые уничтожают возбудителей заболевания. Если же ситуация запущенная, врач удаляет флюс путём хирургического вмешательства: вводит анестезию, делает надрез в десне, вычищает гной, обеззараживает рану и устанавливает дренаж. Дополнительно может понадобится лазерная терапия или ионофорез.

Далее следует период реабилитации: приём антибиотиков, иммуномодуляторов, полоскания с использованием антисептиков. В течение 3-4 суток — наблюдение за состоянием полости рта. Если за это время симптомы не ослабнут, и отёк не сойдёт, необходимо повторно обратиться к врачу. При разрушении коронки зуба более чем на 50%, а также в случае рецидива периостита зуб придётся удалить.

Чем опасен периостит, и как его избежать

Причины заболевания не появляются за один день, а копятся в организме в течение нескольких месяцев или лет. Поэтому противостоять появлению флюса зуба у взрослого человека очень просто:

• 
  Проходите плановый осмотр стоматолога раз в 6 месяцев. Так вы сможете выявить патологии и аномалии полости рта в зачатке и простыми процедурами предотвратить их преобразование во флюс.
• 
  Пользуйтесь услугой профессиональной гигиены полости рта раз в полгода. Зубной камень и твёрдый налёт нельзя удалить в домашних условиях, при этом они становятся причиной многих заболеваний полости рта.
• 
  Потребляйте больше овощей и фруктов. Они снабжают организм полезными веществами, а также проводят механическую чистку зубов и межзубных пространств в процессе пережёвывания.

Возможные осложнения периостита при отсутствии лечения: сепсис, менингит, абсцесс, флегмона, остеомиелит и другие, вплоть до попадания в отделение челюстно-лицевой хирургии.

Любое заболевание, в том числе и флюс на десне, проще предотвратить, чем лечить. Если же воспалительный процесс начался, не полагайтесь на народные методы и самостоятельное лечение. Гнойное образование не пропадёт самостоятельно, только качественное медицинское вмешательство поможет устранить воспаление и избежать серьёзных последствий.

причины появления флюса на сайте «Мартинка»

Каждая мама старается оградить своего ребенка от различных заболеваний. Но порой даже регулярная чистка зубов и ограничение сладкого не помогают избежать патологий зубов. Но вся опасность в том, что развиваются они очень быстро и дают о себе знать уже при наличии отека или сильной боли. Особенно опасен отек. Он является симптомом флюса. Это очень опасное состояние, требующее лечения. Поэтому каждая мама должна знать, как проявляется флюс у ребенка, что делать при его обнаружении и какие осложнения он может вызвать.

Причины и симптомы флюса

Флюс у ребенка развивается по различным причинам. Наиболее часто к воспалительному процессу приводит попадание инфекции в периапекальную область. Болезнетворные бактерии, провоцирующие флюс, могут попасть как с током крови, так и через травмированные ткани. В результате этого в области поражения образуется гной и появляется отек.

Заболевание характеризуется выраженной болью. Отек постепенно распространяется на окружающие ткани и может охватывать всю щеку, подглазничную область, нос и губы. У некоторых детей флюс молочных зубов сопровождается повышением температуры тела, но этот симптом не обязателен.

Отдельно нужно рассмотреть флюс при прорезывании зубов. Перикоронарит развивается в тех случаях, когда у зуба не получается самостоятельно прорезаться, что приводит к воспалению десны. Как правило, флюс на десне при данной патологии сопровождается гиперемией и отечностью. Кроме того, десна может травмироваться в результате накусывания соседними зубами.

Флюс может протекать в острой и хронической форме. Острый характеризуется ярко выраженными симптомами. Хронический может возникнуть в результате неправильно проведенного лечения либо после неэффективной терапии острого процесса. Несмотря на отсутствие отека, инфекция постепенно распространяется на окружающие ткани, поражая всю надкостницу. Вся опасность хронического течения флюса в том, что наличие воспалительного процесса негативно сказывается не только на состоянии молочных зубов, но и на зачатках постоянных. В результате этого даже после устранения хронического процесса постоянные зубки растут уже пораженными, а также наблюдается нарушение их прорезывания и расположения.

Важно запомнить: если возник флюс на щеке, нужно как можно скорее показаться стоматологу и провести лечение.

Оказание первой помощи

Учитывая, какие осложнения способен вызывать флюс у ребенка, лечение должен проводить только врач. В случае если у вас нет возможности показаться стоматологу, требуется оказать первую помощь. Она заключается в следующих процедурах:

• полоскании полости рта отваром ромашки или содой;
• обработке отекшей десны раствором йода с помощью ватной палочки;
• прикладывании чего-нибудь холодного.

Давать таблетки самостоятельно нельзя. Так вы только снимете симптомы флюса, что спровоцирует формирование хронического процесса.

Лечение заболевания

Лечение патологии осуществляется двумя способами:

• консервативным, то есть с сохранением зуба;
• хирургическим – с удалением зуба.

Первый способ используется только в тех случаях, когда требуется любыми путями сохранить зуб. Он больше подходит взрослым пациентам. У детей зубки молочные, поэтому предпочтение отдается хирургическому вмешательству.

Под местной анестезией проводится удаление зуба и чистка очага. После антисептической обработки в лунку закладывается лекарственный препарат. При необходимости может использоваться дренаж, который обеспечит свободный отток скопившегося гноя.

Учитывая, что причина флюса у ребенка всегда связана с болезнетворными бактериями, обязательными будет прием антибиотиков. Их назначают в индивидуальной дозировке курсом в 5 дней.

Для ускорения восстановления может использоваться физиотерапевтическое лечение. После устранения флюса нужно внимательно наблюдать за состоянием полости рта, чтобы вовремя заметить отклонения. Особенно это касается хронического течения.

Таким образом, можно сделать вывод, что, даже если вы знаете, чем лечить флюс, не стоит пытаться самостоятельно избавиться от него. Такой подход грозит осложнениями, опасными для ребенка. Поэтому при первых симптомах патологии сразу обращайтесь к врачу.

лечение, причины зубного флюса и в десне

Содержание статьи:

1. Причины появления флюса.

2. Разновидности флюса.

3. Как диагностировать флюс.

4. Признаки флюса.

5. Симптомы флюса на разных стадиях и лечение.

6. Профилактика возникновения флюса.

Флюс – это абсцесс десны, то есть это гнойное воспаление. Зубной флюс характеризуется скоплением гноя возле корней зубов. Флюс зубной – это дискомфортное явление, которое сопровождается болевыми ощущениями в десне над зубом, появлением отека. Также могут возникать неприятные ощущения во время жевания пищи, боль при накусывании на зуб.

Гнойный флюс со временем начинает нарывать, в это время происходит распространение гноя по полости рта, и этот гной попадает вместе со слюной в желудочно-кишечный тракт. Образовывается флюс в десне из-за попадания в нее какой-либо инфекции.

Какие бывают причины появления флюса

Важно понимать, почему появился флюс. Причины могут быть следующие:

1. Повреждение десны (либо из-за твердости пищи, либо из-за травмы, либо из-за открывания различных бутылок, раскалывания орехов).

2. Несоблюдение правил гигиены полости рта.

3. Вследствие использования каких-либо медицинских препаратов (в случае, если вы надолго оставили медицинскую пасту на десне).

4. При неполном прорезывании зуба мудрости и образовании над ним капюшона, под которым образовывается гной.

5. Попадания в десну различных бактерий и микроорганизмов через не леченный канал зуба.
Попадая в ткани десны, инфекция запускает воспалительный процесс. В некоторых случаях организм может справиться с такой инфекцией. Если организм не справляется, то в результате этого возникает флюс в зубе.

Какие могут быть разновидности флюса

Флюс фото:

Флюс может быть:

1) Обыкновенным, то есть бактерии и микроорганизмы не участвуют в формировании флюса, но при этом наблюдается инфильтрация надкостницы, то есть возникает флюс без гнойника.

2) Фиброзным, то есть он появляется в результате влияния различных раздражителей на ткань десны. При этом происходит утолщение надкостницы, и возникает хронический флюс.

3) Гнойным, то есть он возникает вследствие появления ранок на десне, в том месте, где присутствуют различные бактерии и микроорганизмы. Такая разновидность может сопутствовать гнойный остеомиелит.

4) Серозным альбумиозным, то есть такая разновидность характеризуется воспалительными процессами без нагноения.

5) Оссифицирующим, то есть характеризуется длительным раздражением надкостницы, и может принимать хроническую форму заболевания.

Также в зависимости от причины появления флюса, он может быть:

1) воспалительным;
2) специфическим;
3) травматическим;
4) токсическим;
5) ревматическим;
6) аллергическим.

Как диагностировать флюс

Многие люди спрашивают, как понять, что у меня вылез флюс?

Диагностика флюса происходит на осмотре у стоматолога, и проводиться с помощью таких процедур:

1) Проведение тщательного осмотра полости рта. Во время осмотра специалист выявляет характерные для воспаления признаки.

2) Проведение пальпации, а также перкуссии зуба, возле которого образовался флюс. Следует отметить, что может образоваться флюс под коронкой, а также флюс под мостом как следствие некачественного лечения каналов зуба перед протезированием, или разрушения зуба под коронкой вследствие неплотного прилегания коронки к зубу.

3) Проведение рентгенологического исследования. С помощью этой процедуры возможно уточнение причинного зуба, а также зубов, которые располагаются по соседству. При рентгенологическом исследовании выявляется, в каком состоянии находится надкостница и челюсть.

Какие выделяют признаки флюса

Флюс фото:

Нужно знать симптомы заболевания, для того чтобы определить, что у вас именно флюс. Признаки могут быть следующими.

Наиболее распространенными симптомами появления флюса могут быть:

1. Появление боли в десне, там, где расположен воспалительный очаг.

2. Образование гноя в том месте, где расположен воспалительный очаг.

3. Боль может отдавать в области уха, виска, шеи, глаза.

4. Возможное усиление боли при жевании, либо же при надавливании в том месте, где расположен воспалительный очаг.

5. Возможно также повышение температуры.

6. Наличие гиперемии и отечности в пораженной области, после чего могут появиться точки из гноя.

Соответствие симптомов флюса стадиям заболевания и лечение

Фото флюса:

И так, опасен ли флюс? Многие думают, что появление флюса – это не опасное заболевание, которое может пройти без врачебного участия. Но все же полость рта — это часть головы и гной в этой зоне может тянуть за собой серьезные осложнения. При этом следует различать стадии заболевания, и характерные для этой стадии признаки.

Многие также задают вопрос, сколько дней держится флюс? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо определить стадию заболевания. Чем более запущенная форма болезни, тем дольше флюс будет держаться.

Выделяют три стадии возникновения флюса, и для каждой стадии характерными являются свои признаки и симптомы. Ниже рассмотрим более подробно каждую стадии.

1. Первая стадия является наиболее безопасной, так как флюс в это время только начинает принимать свою форму.

Симптоматика в этот период минимальная. Если ваш организм здоровый и крепкий, отсутствует недостаток витаминов и минеральных веществ, то возможно, что воспалительный процесс прекратится. Многие спрашивают, бывает ли флюс без боли? На этой стадии заболевания у вас может быть флюс без боли.

Симптомами на первой стадии являются:

– незначительные болевые ощущения;
– возможно покраснение ткани десны;
– легкий дискомфорт во время употребления еды и напитков.

В это время образуется небольшое уплотнение – своеобразная красная или белая шишечка на десне.

Что делать, если у вас только появился флюс? Лечение подразумевает осмотр стоматолога, который назначит необходимые меры избавления от флюса. Это может быть полоскание полости рта растворами с антисептиками. Важно следить за развитием заболевания, чтобы не допустить развитие болезни. Во время лечения на этой стадии не приходится затрагивать зуб, возле которого образовался флюс.

2. Вторая стадия заболевания характеризуется активным накоплением гноя возле корня зуба, и развитие болезни усиливается. Важно не медлить с посещением стоматолога, так как достаточно быстро развивается зубной флюс. Лечение подразумевает посещение стоматолога-хирурга, который делает небольшой надрез в месте образования флюса. Этот надрез способствует освобождению от гноя. Затем специалист обрабатывает ротовую полость антисептиком. Также возможно назначение специалистом антибиотиков, для того чтобы предотвратить развитие инфекции. Длительность лечения и препараты определяет только специалист. Наиболее часто лечение длится 3 дня.

Симптоматика на этой стадии следующая:

– возникновение достаточной боли во время употребления пищи и напитков, а также ощущение дискомфорта;
– появление воспаления и отека ткани десны;
– гной собирается в так называемый «мешочек», то есть флюс;
– появление головных болей;
– повышение температуры тела;
– нарывание флюса. В этот период может возникнуть ситуация, что лопнул флюс, и гной вытек полностью, либо частично;
– наличие кровотечения после того, как вытек гной.

Следует отметить, что из флюса может вытечь самостоятельно гной, а может и не вытечь. Если гной не выходит из флюса, то он собирается в мягких тканях десны. Возможно проникновение гноя во внутренние органы, а также поражение корня зуба. Многие задаются вопросом, можно ли проткнуть флюс? Самостоятельно не следует прокалывать флюс. Необходимо обратиться к специалисту, который поможет решить возникшую проблему.

3. Третья стадия заболевания называется запущенный флюс. Если вы немедленно не обратитесь к врачу, то будут очень серьезные последствия для вашего здоровья.

Симптоматика на этой стадии следующая: появление флегмона, то есть острого воспаления, которое сопровождается жаром, а также гной разливается во внутренние ткани. Следует отметить, что флегмон не ограниченный, в отличие от абсцесса, и он может распространиться без ограничений по организму человека.

Очень опасно запустить развитие болезни, и допустить появление третьей стадии. Это может стать угрозой для вашей жизни.

По каким причинам может возникнуть третья стадия развития флюса? По причине того, что вы отказывались от лечения на предыдущих стадиях.

Также многие спрашивают, можно ли греть флюс? Греть флюс категорически нельзя, так как это ускоряет процесс образования гноя в тканях десны.

Также причиной возникновения третьей стадии заболевания может быть домашнее лечение, когда у вас уже образовался флюс. Лечение в домашних условиях категорически запрещено, так как вы не сможете самостоятельно решить проблему, а только усугубите ее состояние.

Лечение на третьей стадии подразумевает проведение глубокой чистки как костных, так и мягких тканей. А также удаление зуба, который повредился в результате появления флюса.

После лечения, которое включает хирургическое вмешательство, необходимо соблюдать врачебные рекомендации. Специалист может назначить полоскание полости рта растворами, содержащими фурацилин или соду. Длительность полоскания определяется исчезновением симптомов заболевания. Если же у вас не спадает отечность, то следует обратиться на консультацию к специалисту.

Кто составляет группу риска для возникновения флюса

В группу риска входят такие категории людей:

1. Люди пожилого возраста.
2. Люди, которые принимают иммунодепрессанты.
3. Люди, которые имеют хронические инфекционные очаги в организме.
4. Дети.
5. Люди, у которых присутствуют онкологические заболевания.
6. Люди, у которых есть ВИЧ-инфекция.

Профилактика возникновения флюса

Для того, чтобы предотвратить возникновение флюса, необходимо соблюдать правила гигиены ротовой полости, вовремя чистить зубы. В случае, если вы подозреваете возникновение флюса, следует немедленно обратиться к специалисту в стоматологию. Чем раньше будет обнаружено заболевание, тем проще его вылечить. Развитие флюса очень опасно для вашего здоровья и может закончиться летальным исходом. Регулярный стоматологический осмотр может предотвратить развитие флюса, и вы сохраните зубы и здоровье ротовой полости.

Магнитный поток, индукция и закон Фарадея

Индуцированные ЭДС и магнитный поток

Закон индукции Фарадея гласит, что электродвижущая сила индуцируется изменением магнитного потока.

Цели обучения

Объясните взаимосвязь между магнитным полем и электродвижущей силой

Основные выводы

Ключевые моменты

• Это изменение потока магнитного поля, которое приводит к возникновению электродвижущей силы (или напряжения).
• Магнитный поток (часто обозначаемый Φ или Φ _B ), проходящий через поверхность, является составляющей магнитного поля, проходящего через эту поверхность.
• В самом общем виде магнитный поток определяется как [латекс] \ Phi _ {\ text {B}} = \ iint _ {\ text {A}} \ mathbf {\ text {B}} \ cdot \ text {d} \ mathbf {\ text {A}} [/ latex]. Это интеграл (сумма) всего магнитного поля, проходящего через бесконечно малые элементы площади dA.

Ключевые термины

• векторная площадь : вектор, величина которого соответствует рассматриваемой области, а направление перпендикулярно площади поверхности.
• гальванометр : аналоговое измерительное устройство, обозначенное буквой G, которое измеряет ток, используя отклонение стрелки, вызванное силой магнитного поля, действующей на провод с током.

Индуцированная ЭДС

Аппарат, использованный Фарадеем для демонстрации того, что магнитные поля могут создавать токи, показан на следующем рисунке. Когда переключатель замкнут, магнитное поле создается в катушке в верхней части железного кольца и передается (или направляется) на катушку в нижней части кольца.Гальванометр используется для обнаружения любого тока, наведенного в отдельной катушке внизу.

Аппарат Фарадея : Это аппарат Фарадея для демонстрации того, что магнитное поле может производить ток. Изменение поля, создаваемого верхней катушкой, вызывает ЭДС и, следовательно, ток в нижней катушке. Когда переключатель разомкнут и замкнут, гальванометр регистрирует токи в противоположных направлениях. Когда переключатель остается замкнутым или разомкнутым, через гальванометр не течет ток.

Было обнаружено, что каждый раз, когда переключатель замыкается, гальванометр обнаруживает ток в одном направлении в катушке внизу. Каждый раз при размыкании переключателя гальванометр обнаруживает ток в противоположном направлении. Интересно, что если переключатель остается замкнутым или разомкнутым в течение некоторого времени, через гальванометр нет тока. Замыкание и размыкание переключателя индуцирует ток. Это изменение магнитного поля, которое создает ток. Более важным, чем текущий ток, является вызывающая его электродвижущая сила (ЭДС).Ток является результатом ЭДС, индуцированной изменяющимся магнитным полем, независимо от того, есть ли путь для протекания тока.

Магнитный поток

Магнитный поток (часто обозначаемый Φ или Φ _B ), проходящий через поверхность, является составляющей магнитного поля, проходящего через эту поверхность. Магнитный поток через некоторую поверхность пропорционален количеству силовых линий, проходящих через эту поверхность. Магнитный поток, проходящий через поверхность с векторной площадью A, равен

[латекс] \ Phi_ \ text {B} = \ mathbf {\ text {B}} \ cdot \ mathbf {\ text {A}} = \ text {BA} \ cos \ theta [/ latex],

, где B — величина магнитного поля (в Тесла, Тл), A — площадь поверхности, а θ — угол между силовыми линиями магнитного поля и нормалью (перпендикулярно) к A.

Для переменного магнитного поля мы сначала рассмотрим магнитный поток [латекс] \ text {d} \ Phi _ \ text {B} [/ latex] через бесконечно малый элемент площади dA, где мы можем считать поле постоянным:

Изменяющееся магнитное поле : Каждая точка на поверхности связана с направлением, называемым нормалью к поверхности; магнитный поток, проходящий через точку, тогда является составляющей магнитного поля вдоль этого нормального направления.

[латекс] \ text {d} \ Phi_ \ text {B} = \ mathbf {\ text {B}} \ cdot \ text {d} \ mathbf {\ text {A}} [/ latex]

Общая поверхность A затем может быть разбита на бесконечно малые элементы, и тогда полный магнитный поток через поверхность равен интегралу поверхности

[латекс] \ Phi_ \ text {B} = \ iint_ \ text {A} \ mathbf {\ text {B}} \ cdot \ text {d} \ mathbf {\ text {A}} [/ latex].

Закон индукции Фарадея и закон Ленца

Закон индукции Фарадея гласит, что ЭДС, индуцированная изменением магнитного потока, равна [латексу] \ text {EMF} = — \ text {N} \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta \ text {t}} [ / латекс], когда поток изменяется на Δ за время Δt.

Цели обучения

Выразите закон индукции Фарадея в форме уравнения

Основные выводы

Ключевые моменты

• Минус в законе Фарадея означает, что ЭДС создает ток I и магнитное поле B, которые противодействуют изменению потока Δ, известному как закон Ленца.
• Закон индукции Фарадея является основным принципом работы трансформаторов, индукторов и многих типов электродвигателей, генераторов и соленоидов.
• Закон Фарадея гласит, что ЭДС, вызванная изменением магнитного потока, зависит от изменения магнитного потока Δ, времени Δt и количества витков катушек.

Ключевые термины

• электродвижущая сила : (ЭДС) — напряжение, генерируемое батареей или магнитной силой в соответствии с законом Фарадея.Она измеряется в вольтах, а не в ньютонах, и поэтому на самом деле не является силой.
• Соленоид : Катушка с проволокой, которая действует как магнит, когда через нее протекает электрический ток.
• поток : Скорость передачи энергии (или другой физической величины) через данную поверхность, в частности электрического или магнитного потока.

Закон индукции Фарадея

Закон индукции Фарадея — это основной закон электромагнетизма, который предсказывает, как магнитное поле будет взаимодействовать с электрической цепью, создавая электродвижущую силу (ЭДС).Это основной принцип работы трансформаторов, индукторов и многих типов электродвигателей, генераторов и соленоидов.

Эксперименты Фарадея показали, что ЭДС, вызванная изменением магнитного потока, зависит только от нескольких факторов. Во-первых, ЭДС прямо пропорциональна изменению потока Δ. Во-вторых, ЭДС является наибольшей, когда изменение во времени Δt наименьшее, то есть ЭДС обратно пропорциональна Δt. Наконец, если катушка имеет N витков, будет создаваться ЭДС, которая в N раз больше, чем для одиночной катушки, так что ЭДС прямо пропорциональна N.Уравнение для ЭДС, вызванной изменением магнитного потока, равно

[латекс] \ text {EMF} = — \ text {N} \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta \ text {t}} [/ latex].

Это соотношение известно как закон индукции Фарадея. Единицы измерения ЭДС, как обычно, — вольты.

Закон Ленца

Знак минус в законе индукции Фарадея очень важен. Минус означает, что ЭДС создает ток I и магнитное поле B, которые противодействуют изменению потока Δ, известному как закон Ленца. Направление (обозначенное знаком минус) ЭМП настолько важно, что оно названо законом Ленца в честь русского Генриха Ленца (1804–1865), который, подобно Фарадею и Генри, независимо исследовал аспекты индукции.Фарадей знал о направлении, но Ленц указал его, поэтому ему приписывают это открытие.

Закон Ленца : (a) Когда стержневой магнит вставляется в катушку, сила магнитного поля в катушке увеличивается. Ток, наведенный в катушке, создает другое поле в противоположном направлении от стержневого магнита, чтобы противодействовать увеличению. Это один из аспектов закона Ленца: индукция препятствует любому изменению потока. (b) и (c) — две другие ситуации. Убедитесь сами, что показанное направление индуцированной катушки B действительно противостоит изменению магнитного потока и что показанное направление тока согласуется с правилом правой руки.

Энергосбережение

Закон Ленца является проявлением сохранения энергии. Индуцированная ЭДС создает ток, который противодействует изменению потока, потому что изменение потока означает изменение энергии. Энергия может входить или уходить, но не мгновенно. Закон Ленца — это следствие. Когда изменение начинается, закон говорит, что индукция противодействует и, таким образом, замедляет изменение. Фактически, если бы индуцированная ЭДС была в том же направлении, что и изменение потока, была бы положительная обратная связь, которая не давала бы нам бесплатную энергию из любого видимого источника — закон сохранения энергии был бы нарушен.

ЭДС движения

Движение в магнитном поле, которое является стационарным относительно Земли, вызывает ЭДС движения (электродвижущую силу).

Цели обучения

Определить процесс, вызывающий двигательную электродвижущую силу

Основные выводы

Ключевые моменты

• Закон индукции Фарадея можно использовать для расчета ЭДС движения, когда изменение магнитного потока вызвано движущимся элементом в системе.
• То, что движущееся магнитное поле создает электрическое поле (и, наоборот, движущееся электрическое поле создает магнитное поле), является частью причины, по которой электрические и магнитные силы теперь рассматриваются как разные проявления одной и той же силы.
• Любое изменение магнитного потока индуцирует электродвижущую силу (ЭДС), противодействующую этому изменению — процесс, известный как индукция. Движение — одна из основных причин индукции.

Ключевые термины

• электродвижущая сила : (ЭДС) — напряжение, генерируемое батареей или магнитной силой в соответствии с законом Фарадея. Она измеряется в вольтах, а не в ньютонах, и поэтому на самом деле не является силой.
• магнитный поток : Мера силы магнитного поля в заданной области.
• индукция : Генерация электрического тока изменяющимся магнитным полем.

Как было замечено в предыдущих атомах, любое изменение магнитного потока индуцирует электродвижущую силу (ЭДС), противодействующую этому изменению — процесс, известный как индукция. Движение — одна из основных причин индукции. Например, магнит, перемещенный к катушке, индуцирует ЭДС, а катушка, перемещенная к магниту, создает аналогичную ЭДС. В этом Атоме мы концентрируемся на движении в магнитном поле, которое является стационарным относительно Земли, производя то, что в общих чертах называется двигательной ЭДС.

Движение ЭДС

Рассмотрим ситуацию, показанную на. Стержень перемещается со скоростью v по паре проводящих рельсов, разделенных расстоянием в однородном магнитном поле B. Рельсы неподвижны относительно B и соединены с неподвижным резистором R ( резистором может быть что угодно от лампочки до вольтметра). Учтите площадь, ограниченную подвижным стержнем, направляющими и резистором. B перпендикулярно этой области, и площадь увеличивается по мере перемещения стержня. Таким образом, увеличивается магнитный поток между рельсами, стержнем и резистором.Когда поток изменяется, ЭДС индуцируется согласно закону индукции Фарадея.

ЭДС движения : (a) ЭДС движения = Bℓv индуцируется между рельсами, когда этот стержень перемещается вправо в однородном магнитном поле. Магнитное поле B находится внутри страницы, перпендикулярно движущемуся стержню и рельсам и, следовательно, к области, окружающей их. (б) Закон Ленца дает направление индуцированного поля и тока, а также полярность наведенной ЭДС. Поскольку поток увеличивается, индуцированное поле направлено в противоположном направлении или за пределы страницы.Правило правой руки дает указанное направление тока, и полярность стержня будет управлять таким током.

Чтобы найти величину ЭДС, индуцированной вдоль движущегося стержня, мы используем закон индукции Фарадея без знака:

[латекс] \ text {EMF} = \ text {N} \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta \ text {t}} [/ latex].

В этом уравнении N = 1 и поток Φ = BAcosθ. Имеем θ = 0º и cosθ = 1, так как B перпендикулярно A. Теперь Δ = Δ (BA) = BΔA, поскольку B однородна. Отметим, что площадь, заметаемая стержнем, равна ΔA = ℓx.Ввод этих величин в выражение для ЭДС дает:

[латекс] \ text {EMF} = \ frac {\ text {B} \ Delta \ text {A}} {\ Delta \ text {t}} = \ text {B} \ frac {\ text {l} \ Дельта \ text {x}} {\ Delta \ text {t}} = \ text {Blv} [/ latex].

Чтобы найти направление индуцированного поля, направление тока и полярность наведенной ЭДС, мы применяем закон Ленца, как объяснено в Законе индукции Фарадея: Закон Ленца. Как видно на рис. 1 (b), уровень освещенности увеличивается, так как увеличивается закрытая площадь.Таким образом, индуцированное поле должно противостоять существующему и быть вне страницы. (Правило правой руки требует, чтобы я вращался против часовой стрелки, что, в свою очередь, означает, что верхняя часть стержня положительна, как показано.)

Зависимость электрического поля от магнитного

Между электрической и магнитной силой существует множество связей. То, что движущееся магнитное поле создает электрическое поле (и, наоборот, движущееся электрическое поле создает магнитное поле), является частью причины, по которой электрические и магнитные силы теперь рассматриваются как различных проявлений одной и той же силы (впервые замечено Альбертом Эйнштейном) .Это классическое объединение электрических и магнитных сил в так называемую электромагнитную силу является источником вдохновения для современных усилий по объединению других основных сил.

Обратная ЭДС, вихревые токи и магнитное демпфирование

Обратная ЭДС, вихревые токи и магнитное затухание — все это происходит из-за наведенной ЭДС и может быть объяснено законом индукции Фарадея.

Цели обучения

Объясните взаимосвязь между двигательной электродвижущей силой, вихревыми токами и магнитным демпфированием

Основные выводы

Ключевые моменты

• Входной ЭДС, которая питает двигатель, может противодействовать самогенерируемая ЭДС двигателя, называемая обратной ЭДС двигателя.
• Если ЭДС движения может вызвать токовую петлю в проводнике, ток называется вихревым током.
• Вихревые токи могут вызывать значительное сопротивление, называемое магнитным демпфированием, при движении.

Ключевые термины

• электродвижущая сила : (ЭДС) — напряжение, генерируемое батареей или магнитной силой в соответствии с законом Фарадея. Она измеряется в вольтах, а не в ньютонах, и поэтому на самом деле не является силой.
• Закон индукции Фарадея : Основной закон электромагнетизма, который предсказывает, как магнитное поле будет взаимодействовать с электрической цепью, создавая электродвижущую силу (ЭДС).

Задний ЭДС

Двигатели и генераторы очень похожи. (Прочтите наши атомы в разделах «Электрические генераторы» и «Электродвигатели».) Генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую, а двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую. Кроме того, двигатели и генераторы имеют одинаковую конструкцию. Когда катушка двигателя поворачивается, магнитный поток изменяется, и возникает электродвижущая сила (ЭДС), соответствующая закону индукции Фарадея. Таким образом, двигатель действует как генератор всякий раз, когда его катушка вращается.Это произойдет независимо от того, поворачивается ли вал под действием внешнего источника, например ременной передачи, или под действием самого двигателя. То есть, когда двигатель выполняет работу и его вал вращается, возникает ЭДС. Закон Ленца говорит нам, что наведенная ЭДС противодействует любому изменению, так что входной ЭДС, питающей двигатель, будет противодействовать самогенерируемая ЭДС двигателя, называемая обратной ЭДС двигателя.

Вихретоковый

Как обсуждалось в разделе «ЭДС движения», ЭДС движения индуцируется, когда проводник движется в магнитном поле или когда магнитное поле движется относительно проводника.Если подвижная ЭДС может вызвать токовую петлю в проводнике, мы называем этот ток вихревым. Вихревые токи могут вызывать значительное сопротивление движению, называемое магнитным затуханием.

Рассмотрим устройство, показанное на рисунке, которое раскачивает маятник между полюсами сильного магнита. Если боб металлический, на входе и выходе из поля возникает значительное сопротивление, что быстро гасит движение. Однако, если боб представляет собой металлическую пластину с прорезями, как показано на (b), эффект от магнита будет намного меньше.Заметного воздействия на боб из изолятора не наблюдается.

Устройство для исследования вихревых токов и магнитного затухания : Обычное демонстрационное устройство для изучения вихревых токов и магнитного затухания. (а) Движение металлического маятника, раскачивающегося между полюсами магнита, быстро затухает под действием вихревых токов. (b) Есть небольшое влияние на движение металлического боба с прорезями, что означает, что вихревые токи становятся менее эффективными. (c) На непроводящем бобе также отсутствует магнитное затухание, поскольку вихревые токи чрезвычайно малы.

показывает, что происходит с металлической пластиной, когда она входит в магнитное поле и выходит из него. В обоих случаях он испытывает силу, противодействующую его движению. Когда он входит слева, поток увеличивается, и поэтому возникает вихревой ток (закон Фарадея) в направлении против часовой стрелки (закон Ленца), как показано. Только правая сторона токовой петли находится в поле, так что слева на нее действует не встреченная сила (правило правой руки). Когда металлическая пластина полностью находится внутри поля, вихревой ток отсутствует, если поле однородно, поскольку поток остается постоянным в этой области.Но когда пластина покидает поле справа, поток уменьшается, вызывая вихревой ток по часовой стрелке, который, опять же, испытывает силу слева, еще больше замедляя движение. Аналогичный анализ того, что происходит, когда пластина поворачивается справа налево, показывает, что ее движение также затухает при входе в поле и выходе из него.

Проводящая пластина, проходящая между полюсами магнита : Более подробный взгляд на проводящую пластину, проходящую между полюсами магнита.Когда он входит в поле и выходит из него, изменение потока создает вихревой ток. Магнитная сила на токовой петле препятствует движению. Когда пластина полностью находится внутри однородного поля, нет ни тока, ни магнитного сопротивления.

Когда металлическая пластина с прорезями входит в поле, как показано на, ЭДС индуцируется изменением магнитного потока, но это менее эффективно, поскольку прорези ограничивают размер токовых петель. Более того, в соседних контурах есть токи в противоположных направлениях, и их эффекты нейтрализуются.Когда используется изолирующий материал, вихревые токи чрезвычайно малы, поэтому магнитное затухание на изоляторах незначительно. Если необходимо избежать вихревых токов в проводниках, они могут быть выполнены с прорезями или состоять из тонких слоев проводящего материала, разделенных изоляционными листами.

Вихревые токи, индуцированные в металлической пластине с прорезями : Вихревые токи, индуцированные в металлической пластине с прорезями, входящие в магнитное поле, образуют небольшие петли, и силы на них имеют тенденцию нейтрализоваться, тем самым делая магнитное сопротивление почти нулевым.

Изменение магнитного потока создает электрическое поле

Закон индукции Фарадея гласит, что изменение магнитного поля создает электрическое поле: [latex] \ varepsilon = — \ frac {\ partial \ Phi_ \ text {B}} {\ partial \ text {t}} [/ latex].

Цели обучения

Опишите взаимосвязь между изменяющимся магнитным полем и электрическим полем

Основные выводы

Ключевые моменты

• Закон индукции Фарадея — это основной закон электромагнетизма, который предсказывает, как магнитное поле будет взаимодействовать с электрической цепью, создавая электродвижущую силу.
• Альтернативная дифференциальная форма закона индукции Фарадея выражается в уравнении [latex] \ nabla \ times \ vec {\ text {E}} = — \ frac {\ partial \ vec {\ text {B}}} { \ partial \ text {t}} [/ latex].
• Закон индукции Фарадея — одно из четырех уравнений Максвелла, управляющих всеми электромагнитными явлениями.

Ключевые термины

• векторная область : вектор, величина которого соответствует рассматриваемой области и направление которого перпендикулярно плоскости.
• Уравнения Максвелла : Набор уравнений, описывающих, как электрические и магнитные поля генерируются и изменяются друг другом, а также зарядами и токами.
• Теорема Стокса : утверждение об интегрировании дифференциальных форм на многообразиях, которое одновременно упрощает и обобщает несколько теорем векторного исчисления.

Мы изучили закон индукции Фарадея в предыдущих атомах. Мы узнали взаимосвязь между наведенной электродвижущей силой (ЭДС) и магнитным потоком.Вкратце, закон гласит, что изменение магнитного поля [латекс] (\ frac {\ text {d} \ Phi_ \ text {B}} {\ text {dt}}) [/ latex] создает электрическое поле [латекс] (\ varepsilon) [/ latex], закон индукции Фарадея выражается как [latex] \ varepsilon = — \ frac {\ partial \ Phi_ \ text {B}} {\ partial \ text {t}} [/ latex], где [латекс] \ varepsilon [/ latex] — это индуцированная ЭДС, а [latex] \ Phi_ \ text {B} [/ latex] — магнитный поток. («N» опущено из нашего предыдущего выражения. Число витков катушки может быть включено в магнитный поток, поэтому коэффициент не является обязательным.) Закон индукции Фарадея — это основной закон электромагнетизма, который предсказывает, как магнитное поле будет взаимодействовать с электрической цепью, создавая электродвижущую силу (ЭДС). В этом Атоме мы узнаем об альтернативном математическом выражении закона.

Эксперимент Фарадея : эксперимент Фарадея, показывающий индукцию между витками проволоки: жидкая батарея (справа) обеспечивает ток, который течет через небольшую катушку (A), создавая магнитное поле. Когда катушки неподвижны, ток не индуцируется.Но когда малая катушка перемещается внутрь или из большой катушки (B), магнитный поток через большую катушку изменяется, вызывая ток, который регистрируется гальванометром (G).

Дифференциальная форма закона Фарадея

Магнитный поток [латекс] \ Phi_ \ text {B} = \ int_ \ text {S} \ vec {\ text {B}} \ cdot \ text {d} \ vec {\ text {A}} [/ латекс], где [латекс] \ vec {\ text {A}} [/ latex] — это векторная площадь над замкнутой поверхностью S. Устройство, которое может поддерживать разность потенциалов, несмотря на протекание тока, является источником электродвижущей силы. .(EMF) Математически определение [латекс] \ varepsilon = \ oint_ \ text {C} \ vec {\ text {E}} \ cdot \ text {d} \ vec {\ text {s}} [/ latex], где интеграл вычисляется по замкнутому циклу C.

Закон Фарадея теперь можно переписать [latex] \ oint_ \ text {C} \ vec {\ text {E}} \ cdot \ text {d} \ vec {\ text {s}} = — \ frac {\ partial} {\ partial \ text {t}} (\ int \ vec {\ text {B}} \ cdot \ text {d} \ vec {\ text {A}}) [/ latex]. Используя теорему Стокса в векторном исчислении, левая часть равна [latex] \ oint_ \ text {C} \ vec {\ text {E}} \ cdot \ text {d} \ vec {\ text {s}} = \ int_ \ text {S} (\ nabla \ times \ vec {\ text {E}}) \ cdot \ text {d} \ vec {\ text {A}} [/ latex].Также обратите внимание, что в правой части [latex] \ frac {\ partial} {\ partial \ text {t}} (\ int \ vec {\ text {B}} \ cdot \ text {d} \ vec {\ текст {A}}) = \ int \ frac {\ partial \ vec {\ text {B}}} {\ partial \ text {t}} \ cdot \ text {d} \ vec {\ text {A}} [ /латекс]. Таким образом, мы получаем альтернативную форму закона индукции Фарадея: [latex] \ nabla \ times \ vec {\ text {E}} = — \ frac {\ partial \ vec {\ text {B}}} {\ partial \ text {t}} [/ latex]. Это также называют дифференциальной формой закона Фарадея. Это одно из четырех уравнений Максвелла, управляющих всеми электромагнитными явлениями.

Электрогенераторы

Электрические генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую; они индуцируют ЭДС, вращая катушку в магнитном поле.

Цели обучения

Объясните, как в электрогенераторах индуцируется электродвижущая сила.

Основные выводы

Ключевые моменты

• Электрический генератор вращает катушку в магнитном поле, индуцируя ЭДС, заданную как функцию времени величиной ε = NABw sinωt.
• Генераторы поставляют почти всю мощность для электрических сетей, которые обеспечивают большую часть мировой электроэнергии.
• Двигатель становится генератором, когда его вал вращается.

Ключевые термины

• электродвижущая сила : (ЭДС) — напряжение, генерируемое батареей или магнитной силой в соответствии с законом Фарадея. Она измеряется в вольтах, а не в ньютонах, и поэтому на самом деле не является силой.
• турбина : Любая из различных вращающихся машин, которые используют кинетическую энергию непрерывного потока жидкости (жидкости или газа) для вращения вала.

Электрические генераторы — это устройства, преобразующие механическую энергию в электрическую.Они индуцируют электродвижущую силу (ЭДС), вращая катушку в магнитном поле. Это устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую. Генератор заставляет электрический заряд (обычно переносимый электронами) проходить через внешнюю электрическую цепь. Возможные источники механической энергии включают в себя поршневой или турбинный паровой двигатель, воду, падающую через турбину или водяное колесо, двигатель внутреннего сгорания, ветряную турбину, ручной кривошип, сжатый воздух или любой другой источник механической энергии.Генераторы поставляют почти всю мощность для электрических сетей, которые обеспечивают большую часть мировой электроэнергии.

Паротурбинный генератор : современный паротурбинный генератор.

Базовая настройка

Рассмотрим схему, показанную на. Заряды в проводах петли испытывают магнитную силу, потому что они движутся в магнитном поле. Заряды в вертикальных проводах испытывают силы, параллельные проводу, вызывая токи. Однако те, кто находится в верхнем и нижнем сегментах, ощущают силу, перпендикулярную проводу; эта сила не вызывает тока.Таким образом, мы можем найти наведенную ЭДС, рассматривая только боковые провода. ЭДС движения задается равной ЭДС = Bℓv, где скорость v перпендикулярна магнитному полю B (см. Наш Атом в разделе «ЭДС движения»). Здесь скорость находится под углом θ к B, так что ее составляющая, перпендикулярная B, равна vsinθ.

Схема электрического генератора : Генератор с одной прямоугольной катушкой, вращающейся с постоянной угловой скоростью в однородном магнитном поле, создает ЭДС, синусоидально изменяющуюся во времени.Обратите внимание, что генератор похож на двигатель, за исключением того, что вал вращается для выработки тока, а не наоборот.

Таким образом, в этом случае ЭДС, индуцированная с каждой стороны, равна ЭДС = Bℓvsinθ, и они направлены в одном направлении. Общая ЭДС [латекс] \ varepsilon [/ latex] вокруг петли тогда:

[латекс] \ varepsilon = 2 \ text {Blv} \ sin {\ theta} [/ latex].

Это выражение действительное, но оно не дает ЭДС как функцию времени. Чтобы найти зависимость ЭДС от времени, предположим, что катушка вращается с постоянной угловой скоростью ω.Угол θ связан с угловой скоростью соотношением θ = ωt, так что:

[латекс] \ varepsilon = 2 \ text {Blv} \ sin {\ omega \ text {t}} [/ latex].

Итак, линейная скорость v связана с угловой скоростью соотношением v = rω. Здесь r = w / 2, так что v = (w / 2) ω, и:

[латекс] \ varepsilon = 2 \ text {Bl} \ frac {\ text {w}} {2} \ omega \ sin {\ omega \ text {t}} = (\ text {lw}) \ text {B } \ omega \ sin {\ omega \ text {t}} [/ латекс].

Учитывая, что площадь петли A = ℓw, и учитывая N петель, мы находим, что:

[латекс] \ varepsilon = \ text {NABw} ~ \ sin {\ omega \ text {t}} [/ latex] — это ЭДС, индуцированная в катушке генератора N витков и площади A, вращающейся с постоянной угловой скоростью в однородное магнитное поле B.

Генераторы

, показанные в этом Atom, очень похожи на двигатели, показанные ранее. Это не случайно. Фактически, двигатель становится генератором, когда его вал вращается.

Электродвигатели

Электродвигатель — это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую.

Цели обучения

Объясните, как сила создается в электродвигателях

Основные выводы

Ключевые моменты

• Большинство электродвигателей используют взаимодействие магнитных полей и токопроводящих проводов для создания силы.
• Ток в проводнике состоит из движущихся зарядов. Следовательно, катушка с током в магнитном поле также будет ощущать силу Лоренца.
• В двигателе катушка с током в магнитном поле испытывает силу с обеих сторон катушки, которая создает крутящую силу (называемую крутящим моментом), заставляющую ее вращаться.

Ключевые термины

• Сила Лоренца : Сила, действующая на заряженную частицу в электромагнитном поле.
• крутящий момент : вращательное или скручивающее действие силы; (Единица СИ ньютон-метр или Нм; британская единица измерения фут-фунт или фут-фунт)

Основные принципы работы двигателя такие же, как и у генератора, за исключением того, что двигатель преобразует электрическую энергию в механическую энергию (движение).(Сначала прочтите наш атом об электрических генераторах.) Большинство электродвигателей используют взаимодействие магнитных полей и проводников с током для создания силы. Электродвигатели используются в самых разных областях, таких как промышленные вентиляторы, нагнетатели и насосы, станки, бытовая техника, электроинструменты и дисководы.

Лоренц Форс

Если вы поместите движущуюся заряженную частицу в магнитное поле, на нее будет действовать сила, называемая силой Лоренца:

[латекс] \ text {F} = \ text {q} \ times \ text {v} \ times \ text {B} [/ latex]

Правило правой руки : Правило правой руки, показывающее направление силы Лоренца

, где v — скорость движущегося заряда, q — заряд, а B — магнитное поле.Ток в проводнике состоит из движущихся зарядов. Следовательно, катушка с током в магнитном поле также будет ощущать силу Лоренца. Для неподвижного прямолинейного токоведущего провода сила Лоренца составляет:

[латекс] \ text {F} = \ text {I} \ times \ text {L} \ times \ text {B} [/ latex]

, где F — сила (в ньютонах, Н), I — ток в проводе (в амперах, А), L — длина провода, находящегося в магнитном поле (в м). , а B — напряженность магнитного поля (в теслах, Тл).Направление силы Лоренца перпендикулярно как направлению потока тока, так и магнитного поля, и его можно найти с помощью правила правой руки, показанного на рисунке. Используя правую руку, направьте большой палец в направлении тока, и укажите указательным пальцем в направлении магнитного поля. Ваш третий палец теперь будет указывать в направлении силы.

Крутящий момент : Сила на противоположных сторонах катушки будет в противоположных направлениях, потому что заряды движутся в противоположных направлениях.Это означает, что катушка будет вращаться.

Механика двигателя

И двигатели, и генераторы можно объяснить с помощью катушки, вращающейся в магнитном поле. В генераторе катушка подключена к внешней цепи, которая затем включается. Это приводит к изменению потока, который индуцирует электромагнитное поле. В двигателе катушка с током в магнитном поле испытывает силу с обеих сторон катушки, которая создает крутящую силу (называемую крутящим моментом), заставляющую ее вращаться.Любая катушка, по которой проходит ток, может ощущать силу в магнитном поле. Эта сила является силой Лоренца, действующей на движущиеся заряды в проводнике. Сила на противоположных сторонах катушки будет в противоположных направлениях, потому что заряды движутся в противоположных направлениях. Это означает, что катушка будет вращаться.

Индуктивность

Индуктивность — это свойство устройства, которое показывает, насколько эффективно оно индуцирует ЭДС в другом устройстве или на самом себе.

Цели обучения

Описание свойств катушки индуктивности с указанием взаимной индуктивности и самоиндукции

Основные выводы

Ключевые моменты

• Взаимная индуктивность — это влияние двух устройств, индуцирующих друг в друге ЭДС.Изменение тока ΔI ₁ / Δt в одном порождает ЭДС ЭДС2 в секунду: ЭДС ₂ = -M ΔI ₁ / Δt, где M определяется как взаимная индуктивность между двумя устройствами.
• Самоиндуктивность — это эффект, который устройство вызывает само по себе.
• Устройство, которое демонстрирует значительную самоиндукцию, называется индуктором, и ЭДС, индуцированная в нем изменением тока через него, равна ЭДС = −L ΔI / Δt.

Ключевые термины

• Закон индукции Фарадея : основной закон электромагнетизма, который предсказывает, как магнитное поле будет взаимодействовать с электрической цепью, создавая электродвижущую силу (ЭДС).
• трансформатор : статическое устройство, которое передает электрическую энергию от одной цепи к другой с помощью магнитной связи. Их основное назначение — передача энергии между различными уровнями напряжения, что позволяет выбирать наиболее подходящее напряжение для выработки, передачи и распределения электроэнергии по отдельности.

Индукция — это процесс, при котором ЭДС индуцируется изменением магнитного потока. Трансформаторы, например, спроектированы так, чтобы быть особенно эффективными для создания желаемого напряжения и тока с очень небольшими потерями энергии в другие формы (см. Наш атом в разделе «Трансформаторы.«) Есть ли полезная физическая величина, связанная с тем, насколько« эффективно »данное устройство? Ответ положительный, и эта физическая величина называется индуктивностью.

Взаимная индуктивность

Взаимная индуктивность — это влияние закона индукции Фарадея для одного устройства на другое, например, первичная катушка, при передаче энергии вторичной обмотке в трансформаторе. Посмотрите, где простые катушки наводят друг на друга ЭДС.

Взаимная индуктивность катушек : Эти катушки могут вызывать ЭДС друг в друге, как неэффективный трансформатор.Их взаимная индуктивность M указывает на эффективность связи между ними. Здесь видно, что изменение тока в катушке 1 вызывает ЭДС в катушке 2. (Обратите внимание, что «E2 индуцированная» представляет наведенную ЭДС в катушке 2.)

Во многих случаях, когда геометрия устройств фиксирована, магнитный поток изменяется за счет изменения тока. Поэтому мы концентрируемся на скорости изменения тока, ΔI / Δt, как на причине индукции. Изменение тока I ₁ в одном устройстве, катушка 1, индуцирует ЭДС ₂ в другом.Мы выражаем это в форме уравнения как

[латекс] \ text {EMF} _2 = — \ text {M} \ frac {\ Delta \ text {I} _1} {\ Delta \ text {t}} [/ latex],

, где M определяется как взаимная индуктивность между двумя устройствами. Знак минус является выражением закона Ленца. Чем больше взаимная индуктивность M, тем эффективнее связь.

Природа здесь симметрична. Если мы изменим ток I2 в катушке 2, мы индуцируем ЭДС1 в катушке 1, которая равна

[латекс] \ text {EMF} _1 = — \ text {M} \ frac {\ Delta \ text {I} _2} {\ Delta \ text {t}} [/ latex],

, где M то же, что и для обратного процесса.Трансформаторы работают в обратном направлении с такой же эффективностью или взаимной индуктивностью M.

Самоиндуктивность

Самоиндуктивность, действие закона индукции Фарадея устройства на самого себя, также существует. Когда, например, увеличивается ток через катушку, магнитное поле и магнитный поток также увеличиваются, вызывая противоэдс, как того требует закон Ленца. И наоборот, если ток уменьшается, индуцируется ЭДС, препятствующая уменьшению. Большинство устройств имеют фиксированную геометрию, поэтому изменение магнитного потока полностью связано с изменением тока ΔI через устройство.Индуцированная ЭДС связана с физической геометрией устройства и скоростью изменения тока. Выдается

[латекс] \ text {EMF} = — \ text {L} \ frac {\ Delta \ text {I}} {\ Delta \ text {t}} [/ latex],

где L — собственная индуктивность устройства. Устройство, которое демонстрирует значительную самоиндукцию, называется индуктором. Опять же, знак минус является выражением закона Ленца, указывающего, что ЭДС препятствует изменению тока.

Количественная интерпретация ЭДС движения

A ЭДС движения — это электродвижущая сила (ЭДС), индуцированная движением относительно магнитного поля B.

Цели обучения

Сформулируйте две точки зрения, которые применяются для расчета электродвижущей силы

Основные выводы

Ключевые моменты

• Движущаяся и наведенная ЭДС — одно и то же явление, только наблюдаемое в разных системах отсчета. Эквивалентность этих двух явлений подтолкнула Эйнштейна к работе над специальной теорией относительности.
• ЭДС, возникающая из-за относительного движения петли и магнита, определяется как [latex] \ varepsilon _ {\ text {motion}} = \ text {vB} \ times \ text {L} [/ latex] (Eq.1), где L — длина объекта, движущегося со скоростью v относительно магнита.
• ЭДС можно рассчитать с двух разных точек зрения: 1) с точки зрения магнитной силы, действующей на движущиеся электроны в магнитном поле, и 2) с точки зрения скорости изменения магнитного потока. Оба дают одинаковый результат.

Ключевые термины

• специальная теория относительности : теория, которая (игнорируя эффекты гравитации) согласовывает принцип относительности с наблюдением, что скорость света постоянна во всех системах отсчета.
• магнитное поле : Состояние в пространстве вокруг магнита или электрического тока, в котором существует обнаруживаемая магнитная сила и где присутствуют два магнитных полюса.
• рамка отсчета : система координат или набор осей, в пределах которых можно измерить положение, ориентацию и другие свойства объектов в ней.

Электродвижущая сила (ЭДС), индуцированная движением относительно магнитного поля B, называется ЭДС движения. Вы могли заметить, что ЭДС движения очень похожа на ЭДС, вызванную изменяющимся магнитным полем.В этом атоме мы видим, что это действительно одно и то же явление, показанное в разных системах отсчета.

Движение ЭДС

В случае, когда проводящая петля перемещается в магнит, показанный на (а), магнитная сила, действующая на движущийся заряд в петле, определяется как [латекс] evB [/ латекс] (сила Лоренца, e: заряд электрона).

Петля проводника, движущаяся в магнит : (а) ЭДС движения. Токовая петля переходит в неподвижный магнит. Направление магнитного поля внутрь экрана.(б) Индуцированная ЭДС. Токовая петля неподвижна, а магнит движется.

Из-за силы электроны будут продолжать накапливаться с одной стороны (нижний конец на рисунке), пока на стержне не установится достаточное электрическое поле, препятствующее движению электронов, то есть [латекс] \ text {eE} [/ латекс]. Приравнивая две силы, получаем [латекс] \ text {E} = \ text {vB} [/ latex].

Следовательно, двигательная ЭДС на длине L стороны петли определяется как [latex] \ varepsilon _ {\ text {motion}} = \ text {vB} \ times \ text {L} [/ latex] (Eq .1), где L — длина объекта, движущегося со скоростью v относительно магнита.

Индуцированная ЭДС

Поскольку скорость изменения магнитного потока, проходящего через петлю, равна [latex] \ text {B} \ frac {\ text {dA}} {\ text {dt}} [/ latex] (A: площадь петли что магнитное поле проходит), индуцированная ЭДС [латекс] \ varepsilon _ {\ text {индуцированный}} = \ text {BLv} [/ latex] (уравнение 2).

Эквивалентность движущей и индуцированной ЭДС

Из уравнения. 1 и уравнение. 2 мы можем подтвердить, что двигательная и индуцированная ЭДС дают одинаковый результат.Фактически, эквивалентность двух явлений побудила Альберта Эйнштейна исследовать специальную теорию относительности. В своей основополагающей статье по специальной теории относительности, опубликованной в 1905 году, Эйнштейн начинает с упоминания эквивалентности двух явлений:

«…… например, взаимное электродинамическое действие магнита и проводника. Наблюдаемое явление здесь зависит только от относительного движения проводника и магнита, в то время как обычный взгляд проводит резкое различие между двумя случаями, в которых одно или другое из этих тел находится в движении.Поскольку, если магнит находится в движении, а проводник находится в состоянии покоя, в окрестности магнита возникает электрическое поле с определенной энергией , производящее ток в местах, где части проводника находятся расположенный. Но если магнит неподвижен, а проводник движется, электрическое поле поблизости от магнита не возникает. В проводнике, однако, мы находим электродвижущую силу, которой сама по себе не соответствует энергия, но которая вызывает — при условии равенства относительного движения в двух рассмотренных случаях — электрические токи того же пути и силы, что и создаваемые электрическими силами в первом случае.«

Механические работы и электроэнергия

Механическая работа, совершаемая внешней силой для создания ЭДС движения, преобразуется в тепловую энергию; энергия сохраняется в процессе.

Цели обучения

Применить закон сохранения энергии для описания производственной двигательной электродвижущей силы с механической работой

Основные выводы

Ключевые моменты

• ЭДС движения, создаваемая движущимся проводником в однородном поле, имеет следующий вид [latex] \ varepsilon = \ text {Blv} [/ latex].
• Чтобы стержень двигался с постоянной скоростью v, мы должны постоянно прикладывать внешнюю силу F _ext к стержню во время его движения.
• Закон Ленца гарантирует, что движение стержня противоположно, и, следовательно, закон сохранения энергии не нарушается.

Ключевые термины

• ЭДС движения : ЭДС (электродвижущая сила), индуцированная движением относительно магнитного поля.
• Закон индукции Фарадея : Основной закон электромагнетизма, который предсказывает, как магнитное поле будет взаимодействовать с электрической цепью, создавая электродвижущую силу (ЭДС).

Мы узнали о двигательной ЭДС ранее (см. Наш Атом в «Двигательной ЭДС»). Для простой схемы, показанной ниже, ЭДС движения [латекс] (\ varepsilon) [/ латекс], создаваемая движущимся проводником (в однородном поле), задается следующим образом:

[латекс] \ varepsilon = \ text {Blv} [/ латекс]

, где B — магнитное поле, l — длина проводящего стержня, а v — (постоянная) скорость его движения. ( B , l и v все перпендикулярны друг другу, как показано на изображении ниже.)

ЭДС движения : (a) ЭДС движения = Bℓv индуцируется между рельсами, когда этот стержень перемещается вправо в однородном магнитном поле. Магнитное поле B находится внутри страницы, перпендикулярно движущемуся стержню и рельсам и, следовательно, к области, окружающей их. (б) Закон Ленца дает направление индуцированного поля и тока, а также полярность наведенной ЭДС. Поскольку поток увеличивается, индуцированное поле направлено в противоположном направлении или за пределы страницы. Правило правой руки дает указанное направление тока, и полярность стержня будет управлять таким током.

Сохранение энергии

В этом атоме мы рассмотрим систему с точки зрения энергии . Поскольку стержень движется и пропускает ток и , он ощущает силу Лоренца

.

[латекс] \ text {F} _ \ text {L} = \ text {iBL} [/ latex].

Чтобы стержень двигался с постоянной скоростью v , мы должны постоянно прикладывать внешнюю силу F _ext (равную величине F _L и противоположную по направлению) к стержню вдоль его движения. .Поскольку стержень движется со скоростью v , мощность P , передаваемая внешней силой, будет:

[латекс] \ text {P} = \ text {F} _ {\ text {ext}} \ text {v} = (\ text {iBL}) \ times \ text {v} = \ text {i} \ варепсилон [/ латекс].

На последнем этапе мы использовали первое уравнение, о котором говорили. Обратите внимание, что это в точности мощность, рассеиваемая в контуре (= ток [латекс] \ умноженное на [/ латекс] напряжение). Таким образом, мы заключаем, что механическая работа, совершаемая внешней силой, чтобы стержень двигался с постоянной скоростью, преобразуется в тепловую энергию в контуре.В более общем смысле, механическая работа, совершаемая внешней силой для создания ЭДС движения, преобразуется в тепловую энергию. Энергия сохраняется в процессе.

Закон Ленца

Из «Закона индукции Фарадея и закона Ленца» мы узнали, что закон Ленца является проявлением сохранения энергии. Как мы видим в примере с этим атомом, закон Ленца гарантирует, что движение стержня противодействует из-за склонности природы противодействовать изменению магнитного поля. Если бы наведенная ЭДС была в том же направлении, что и изменение потока, возникла бы положительная обратная связь, заставляющая стержень улетать от малейшего возмущения.

Энергия в магнитном поле

Магнитное поле накапливает энергию. Плотность энергии задается как [латекс] \ text {u} = \ frac {\ mathbf {\ text {B}} \ cdot \ mathbf {\ text {B}}} {2 \ mu} [/ latex].

Цели обучения

Выразите плотность энергии магнитного поля в форме уравнения

Основные выводы

Ключевые моменты

• Энергия необходима для создания магнитного поля как для работы против электрического поля, создаваемого изменяющимся магнитным полем, так и для изменения намагниченности любого материала в магнитном поле.2 [/ латекс].

Ключевые термины

• проницаемость : Количественная мера степени намагничивания материала в присутствии приложенного магнитного поля (измеряется в ньютонах на ампер в квадрате в единицах СИ).
• индуктор : Пассивное устройство, которое вводит индуктивность в электрическую цепь.
• ферромагнетик : Материалы, обладающие постоянными магнитными свойствами.

Энергия необходима для создания магнитного поля как для работы против электрического поля, создаваемого изменяющимся магнитным полем, так и для изменения намагниченности любого материала в магнитном поле.Для недисперсионных материалов эта же энергия высвобождается при разрушении магнитного поля. Следовательно, эту энергию можно смоделировать как «хранящуюся» в магнитном поле.

Магнитное поле, создаваемое соленоидом : Магнитное поле, создаваемое соленоидом (вид в разрезе), описанное с использованием силовых линий. Энергия «хранится» в магнитном поле.

Энергия, запасенная в магнитном поле

Для линейных недисперсионных материалов (таких, что B = мкм, H, где мкм, называемая проницаемостью, не зависит от частоты), плотность энергии составляет:

[латекс] \ text {u} = \ frac {\ mathbf {\ text {B}} \ cdot \ mathbf {\ text {B}}} {2 \ mu} = \ frac {\ mu \ mathbf {\ text {H}} \ cdot \ mathbf {\ text {H}}} {2} [/ latex].

Плотность энергии — это количество энергии, хранящейся в данной системе или области пространства на единицу объема. Если поблизости нет магнитных материалов, мкм можно заменить на мкм ₀ . Однако приведенное выше уравнение нельзя использовать для нелинейных материалов; необходимо использовать более общее выражение (приведенное ниже).

В общем, дополнительная работа на единицу объема δW , необходимая для того, чтобы вызвать небольшое изменение магнитного поля δ B, составляет:

[латекс] \ delta \ text {W} = \ mathbf {\ text {H}} \ cdot \ delta \ mathbf {\ text {B}} [/ latex].

Когда связь между H и B известна, это уравнение используется для определения работы, необходимой для достижения заданного магнитного состояния. Для гистерезисных материалов, таких как ферромагнетики и сверхпроводники, необходимая работа также зависит от того, как создается магнитное поле. Однако для линейных недисперсионных материалов общее уравнение приводит непосредственно к более простому уравнению плотности энергии, приведенному выше.

Энергия, запасенная в поле соленоида

Энергия, запасаемая индуктором, равна количеству работы, необходимой для установления тока через индуктор и, следовательно, магнитного поля.2 [/ латекс].

Трансформаторы

Трансформаторы преобразуют напряжения из одного значения в другое; его функция определяется уравнением трансформатора.

Цели обучения

Примените уравнение трансформатора для сравнения вторичного и первичного напряжений

Основные выводы

Ключевые моменты

• Трансформаторы часто используются в нескольких точках систем распределения электроэнергии, а также во многих бытовых адаптерах питания.

Уравнение трансформатора

• гласит, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению количества витков в их катушках: [латекс] \ frac {\ text {V} _ \ text {s}} {\ text { V} _ \ text {p}} = \ frac {\ text {N} _ \ text {s}} {\ text {N} _ \ text {p}} [/ latex].
• Если предположить, что сопротивление незначительно, выходная электрическая мощность трансформатора равна его входной. Это приводит нас к другому полезному вопросу: [latex] \ frac {\ text {I} _ \ text {s}} {\ text {I} _ \ text {p}} = \ frac {\ text {N} _ \ текст {p}} {\ text {N} _ \ text {s}} [/ latex]. Если напряжение увеличивается, ток уменьшается. И наоборот, если напряжение уменьшается, ток увеличивается.

Ключевые термины

• магнитный поток : мера силы магнитного поля в заданной области.
• Закон индукции Фарадея : Основной закон электромагнетизма, который предсказывает, как магнитное поле будет взаимодействовать с электрической цепью, создавая электродвижущую силу (ЭДС).

Трансформаторы изменяют напряжение с одного значения на другое. Например, такие устройства, как сотовые телефоны, ноутбуки, видеоигры, электроинструменты и небольшая бытовая техника, имеют трансформатор (встроенный в их съемный блок), который преобразует 120 В в напряжение, соответствующее устройству.Трансформаторы также используются в нескольких точках в системах распределения электроэнергии, как показано на рисунке. Мощность передается на большие расстояния при высоком напряжении, поскольку для данного количества мощности требуется меньший ток (это означает меньшие потери в линии). Поскольку высокое напряжение представляет большую опасность, трансформаторы используются для получения более низкого напряжения в месте нахождения пользователя.

Настройка трансформатора : Трансформаторы изменяют напряжение в нескольких точках в системе распределения электроэнергии. Электроэнергия обычно вырабатывается при напряжении более 10 кВ и передается на большие расстояния при напряжениях более 200 кВ, иногда даже до 700 кВ, для ограничения потерь энергии.Распределение электроэнергии по районам или промышленным предприятиям осуществляется через подстанцию ​​и передается на короткие расстояния с напряжением от 5 до 13 кВ. Оно снижено до 120, 240 или 480 В для безопасности на месте отдельного пользователя.

Тип трансформатора, рассматриваемого здесь, основан на законе индукции Фарадея и очень похож по конструкции на устройство, которое Фарадей использовал для демонстрации того, что магнитные поля могут создавать токи (показано на рисунке). Две катушки называются первичной и вторичной катушками.При нормальном использовании входное напряжение подается на первичную обмотку, а вторичная обмотка создает преобразованное выходное напряжение. Мало того, что железный сердечник улавливает магнитное поле, создаваемое первичной катушкой, его намагниченность увеличивает напряженность поля. Поскольку входное напряжение переменного тока, изменяющийся во времени магнитный поток направляется во вторичную обмотку, вызывая ее выходное переменное напряжение.

Простой трансформатор : Типичная конструкция простого трансформатора имеет две катушки, намотанные на ферромагнитный сердечник, ламинированный для минимизации вихревых токов.Магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, в основном ограничивается и увеличивается сердечником, который передает его вторичной обмотке. Любое изменение тока в первичной обмотке вызывает ток во вторичной обмотке. На рисунке показан простой трансформатор с двумя катушками, намотанными с обеих сторон многослойного ферромагнитного сердечника. Набор катушек на левой стороне сердечника обозначен как первичный, и его номер указан как N p. Напряжение на первичной обмотке равно V p. Набор катушек на правой стороне сердечника обозначен как вторичный, и его номер представлен как N s.Напряжение на вторичной обмотке равно В с. Символ трансформатора также показан под диаграммой. Он состоит из двух катушек индуктивности, разделенных двумя равными параллельными линиями, представляющими сердечник.

Уравнение трансформатора

Для простого трансформатора, показанного на, выходное напряжение V _s почти полностью зависит от входного напряжения V _p и соотношения количества витков в первичной и вторичной обмотках. Закон индукции Фарадея для вторичной обмотки дает ее индуцированное выходное напряжение V _с как:

[латекс] \ text {V} _ \ text {s} = — \ text {N} _ \ text {s} \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta \ text {t}} [/ latex],

, где N _s — количество витков вторичной катушки, а Δ / Δt — скорость изменения магнитного потока.Обратите внимание, что выходное напряжение равно индуцированной ЭДС (В _с = ЭДС _с ), при условии, что сопротивление катушки невелико. Площадь поперечного сечения катушек одинакова с обеих сторон, как и напряженность магнитного поля, поэтому / Δt одинаково с обеих сторон. Входное первичное напряжение V _p также связано с изменением магнитного потока:

[латекс] \ text {V} _ \ text {p} = — \ text {N} _ \ text {p} \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta \ text {t}} [/ latex].

Соотношение этих двух последних уравнений дает полезное соотношение:

[латекс] \ frac {\ text {V} _ \ text {s}} {\ text {V} _ \ text {p}} = \ frac {\ text {N} _ \ text {s}} {\ текст {N} _ \ text {p}} [/ latex].

Это известно как уравнение трансформатора , которое просто утверждает, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению количества контуров в их катушках. Выходное напряжение трансформатора может быть меньше, больше или равно входному напряжению, в зависимости от соотношения количества витков в их катушках. Некоторые трансформаторы даже обеспечивают переменный выход, позволяя выполнять подключение в разных точках вторичной обмотки.Повышающий трансформатор — это трансформатор, который увеличивает напряжение, тогда как понижающий трансформатор снижает напряжение.

Если предположить, что сопротивление незначительно, выходная электрическая мощность трансформатора равна его входной. Приравнивание входной и выходной мощности,

[латекс] \ text {P} _ \ text {p} = \ text {I} _ \ text {p} \ text {V} _ \ text {p} = \ text {I} _ \ text {s} \ text {V} _ \ text {s} = \ text {P} _ \ text {s} [/ latex].

Комбинируя эти результаты с уравнением трансформатора, находим:

[латекс] \ frac {\ text {I} _ \ text {s}} {\ text {I} _ \ text {p}} = \ frac {\ text {N} _ \ text {p}} {\ текст {N} _ \ text {s}} [/ latex].

Значит, если напряжение увеличивается, ток уменьшается. И наоборот, если напряжение уменьшается, ток увеличивается.

Magnetic Flux — обзор

7.4 Скребки рассеяния магнитного потока (MFL)

Скребки MFL были впервые представлены в середине 1960-х годов. С тех пор возможности поточного контроля развивались и продолжают развиваться сегодня. MFL — самый старый и наиболее часто используемый метод контроля трубопроводов. Он может надежно обнаружить потерю металла из-за коррозии и, зачастую, строжки.Кроме того, системы MFL, не предназначенные для этой цели, иногда могут обнаруживать металлургические и другие геометрические аномалии, такие как вмятины.

7.4.1 Принципы и технологии

MFL начинается с магнита. У магнита есть два конца, называемые северным и южным полюсами. Полюса действуют на железо и сталь. Эта сила притяжения вызвана магнитным полем. На рис. 7.2 показаны силовые линии вокруг магнита и его полюсов, рассчитанные с использованием анализа методом конечных элементов. Магнит — это темно-серая полоса в верхней части рисунка.Линии потока представляют силу и направление магнитного поля, а плотные линии указывают на сильное магнитное поле. Изогнутые секции, прикрепленные к полюсам, сделаны из магнитного материала (стали или железа), который используется для направления магнитного потока в определенном направлении.

7.2. Линии потока вокруг магнита.

Когда магнит помещается рядом со стенкой трубы, большая часть магнитных линий проходит через стенку трубы, как показано на рис. 7.3. Стенка трубы является предпочтительным путем для флюса, поскольку ее легче намагничивать.В то время как большая часть магнитных линий концентрируется в стенке трубы, некоторые проходят через окружающую среду. На рисунке 7.4 показано, что утечка потока происходит при аномалии потери металла, где наблюдается локальное уменьшение толщины трубы. В аномалии флюс, который был унесен потерянным металлом, должен куда-то уходить. Некоторые из них уносятся через более тонкую секцию, а некоторые «протекают» с обеих поверхностей трубы.

7.3. Линии флюса на стенке трубы.

7.4. Линии потока на аномалии.

Датчик, расположенный внутри (со стороны магнита) трубы, обычно используется для измерения магнитного поля рядом со стенкой трубы.При аномалии потери металла датчик регистрирует более высокую плотность потока или магнитное поле, что указывает на наличие аномалии. Таким образом, скребок MFL обнаруживает аномалию, которая вызывает утечку флюса. Измеренное поле утечки зависит от глубины, длины, ширины и формы аномалии, а также от магнитных свойств близлежащего материала. Чтобы охарактеризовать аномалию, необходимо проанализировать измеренное поле утечки.

Группы датчиков содержатся в головках датчиков, которые устанавливаются между магнитами.Эти головки подпружинены и перемещаются по внутренней стенке трубы. Поддержание тесного контакта со стенкой трубы важно, поскольку расстояние между датчиком и стенкой трубы влияет на измеряемый сигнал.

Подводя итог, можно сказать, что инструменты MFL применяют принципы утечки флюса в жестких условиях находящегося под давлением и проточного трубопровода. Система намагничивания применяет магнитное поле, когда инструмент перемещается по линии. Аномалии искажают это приложенное поле, вызывая утечку потока. Величина рассеяния магнитного потока зависит от размера и формы аномалии, а также от магнитных свойств ближайшей стальной трубы.Датчики измеряют утечку магнитного потока, а система регистрации сохраняет результаты измерений внутри инструмента контроля. После завершения инспекции измерения анализируются для выявления аномалий, определения их происхождения и оценки геометрии и серьезности аномалии.

7.4.2 Направление намагничивания

Направление намагничивания играет важную роль в установлении возможностей системы контроля MFL. Большинство инструментов MFL намагничиваются в осевом направлении и создают магнитные линии, идущие параллельно оси трубы.Все системы MFL более чувствительны к аномалиям, которые пересекают линии потока, чем те, которые параллельны потоку. Следовательно, инструменты, использующие осевое намагничивание, более чувствительны к аномалиям, которые имеют ширину по окружности, поскольку они пересекают силовые линии. Они менее чувствительны к узким по окружности аномалиям.

Некоторые инструменты MFL предназначены для намагничивания в окружном направлении. Эти инструменты наиболее чувствительны к аксиально длинным аномалиям и, как и ожидалось, наименее чувствительны к аксиально коротким аномалиям.Другие инструменты намагничиваются по спирали. Эти реализации более чувствительны к любой аномалии, которая не совпадает с соответствующими магнитными линиями.

Инженерная механика показывает, что продольные в осевом направлении аномалии обычно более серьезны, чем аксиально короткие аномалии. Окружная ширина играет меньшую роль. Почему все инструменты MFL не намагничиваются в окружном или спиральном направлении? Ответ кроется в сложности получаемых инструментов и сигналов MFL, а также в том, как такие параметры, как скорость инструмента, влияют на мощность и форму сигнала.

7.4.3 Скорость и другие эффекты

Движущееся магнитное поле (встроенный инструмент контроля MFL) в проводнике (трубе) будет индуцировать электрические токи в проводнике. Эти токи, в свою очередь, влияют на приложенные поля и поля утечки. В результате контроль MFL зависит от скорости. Электрические токи, индуцируемые движением инструмента MFL, зависят от направления движения относительно направления потока. Когда движение и направление потока одинаковы, есть небольшой эффект.Когда направления перпендикулярны, эффект намного больше. В результате поля, приложенные по окружности (и инструменты MFL по окружности), более чувствительны к скорости, чем поля, приложенные в осевом направлении (и инструменты с осевым MFL). Спирально приложенные поля несколько чувствительны к скорости.

Механические напряжения и деформации влияют на магнитные свойства стали для труб. Изменение магнитных свойств, в свою очередь, влияет на напряженность и однородность приложенного поля. В результате стресс затрудняет анализ данных проверки.Эффекты напряжения наиболее выражены при более низких значениях напряженности магнитного поля. Таким образом, большинство инспекционных компаний проектируют свои системы с очень сильными магнитами.

7.4.4 Оценка результатов MFL

Взаимосвязи между сигналами MFL и геометрией и серьезностью аномалии являются сложными. Важно понимать три ключевых понятия. Во-первых, не существует взаимно однозначного отношения между компонентами сигнала MFL и размерами аномалии, такими как глубина, длина и ширина. Например, глубокие аномалии создают сильные сигналы в большинстве инструментов MFL, за исключением случаев, когда аномалия длинная и узкая.Для длинных узких аномалий сигналы становятся все меньше по мере уменьшения ширины аномалии. Для осевых трещин сигнал практически пропадает!

Вторая ключевая концепция заключается в том, что конструкция инструмента и условия проверки влияют на измеряемые сигналы. Разработчики любого оборудования идут на компромиссы, чтобы упростить его использование или удешевить его изготовление. Поставщики инспекций — не исключение. Часто приходится идти на компромисс, чтобы улучшить возможности в одной области за счет возможностей в другой.

В-третьих, условия проверки влияют на сигналы. Ранее упомянутые примеры включают скорость инструмента (которая может значительно меняться во время проверки трубопровода природного газа) и расстояние между датчиком и стенкой трубы. Другие примеры включают остаточную намагниченность (намагниченность, оставшуюся после предыдущих проверок), изменения толщины стенок и качества трубы, а также наличие близлежащих металлических предметов. Эти примеры не являются исчерпывающими.

Flux Linkage — обзор

Пример 5.4

Эквивалентная схема, основанная на потокосцеплении ротора

Если принять a = x _M / x _r , уравнения напряжения (5.33a, b) для двигателя с сепаратором принимают вид

(5.41a) us = rsis + jωsσxsis + jωs (xMxr) 2xriMr

(5.41b) 0 = jωs (xMxr) 2xriMr + ωsωrrr (xMxr) 2irxrxM,

, где x _{— s x 905} / x _r ) x _M = σx _s — полное реактивное сопротивление утечки .Ток намагничивания в этом случае выражается как

(5,42) iMr = ΨrxM = is + xrxMir.

Из ур. (5.41a, b) можно построить эквивалентную схему рис. 5.3b. Схема имеет следующие свойства:

•

Отсутствует индуктивность рассеяния на стороне ротора

•

Пересчитанный ток ротора ( x _r / x _M ) i _r перпендикулярно току намагничивания i _Mr (см.(5.41b))

•

Из-за этого схема иллюстрирует разложение тока статора на компоненты, ориентированные на поток ротора: i _sx = i _Mr , который формирует поток ψ _r и i _sy = — ( x _r / x _M ) i _{r ,} , который регулирует крутящий момент, развиваемый мотор (ср.Рис. 5.2)

Полное реактивное сопротивление рассеяния σx _с , фигурирующее в схеме на рис. 5.3b, является суммой реакций на утечку статора и ротора, которые возникают в случае эквивалентной схемы на рис. . 5.3a:

(5.43) σxs = σrxM + σsxM.

Реактивное сопротивление σx _с часто называют переходным реактивным сопротивлением .

Аналогично, для a = x _s / x _M , получается эквивалентная схема, основанная на потокосцеплении статора без индуктивности рассеяния на стороне статора (рис.5.3c). Векторная диаграмма, соответствующая эквивалентной схеме рис. 5.3, показана на рис. 5.4. Это ясно показывает, что в асинхронном двигателе есть три слегка разных тока намагничивания: i _M , i _Mr и i _Ms , которые, если они остаются постоянными, соответствуют для стабилизации потокосцепления главного, роторного и статора соответственно. Все три тока намагничивания являются фиктивными, а реальными переменными состояния являются только напряжение и ток статора.Однако то, какой из трех токов намагничивания и, следовательно, потокосцепления поддерживается постоянным, влияет на разложение тока статора i _s на составляющие, создающие магнитный поток и крутящий момент, что приводит к различным статическим и динамическим характеристикам крутящего момента индукции. мотор.

РИСУНОК 5.4. Векторная диаграмма трех эквивалентных схем на рис. 5.4.

3D-моделирование сверхпроводящего насоса потока динамо-типа

3D-метод MEMEP

В этой статье мы моделируем ВТСП-динамо-машину с помощью метода получения минимальной электромагнитной энтропии в 3D (MEMEP 3D).Этот вариационный метод основан на \ (\ mathbf {T} \) — формулировке и может использовать несколько стратегий для ускорения вычислений, таких как параллельные вычисления, деление на сектора и симметрия. Метод работает на основе минимизации функционала, содержащего магнитный векторный потенциал \ (\ mathbf {A} \) и плотность тока \ (\ mathbf {J} \). Доказано, что минимум трехмерного функционала для любого заданного временного шага является единственным решением дифференциальных уравнений Максвелла ^28,29,30,31 .

Для задач намагничивания метод использует эффективную намагниченность \ (\ mathbf {T} \) в качестве переменной состояния, определяемой как

$$ \ begin {align} \ nabla \ times \ mathbf {T} = \ mathbf {J }, \ end {align} $$

(1)

где \ (\ mathbf {J} \) — плотность тока.Конфигурации с транспортным током возможны после добавления дополнительного члена к уравнению выше ²⁹ . Общее соотношение между электрическим полем и векторным и скалярным потенциалами:

$$ \ begin {align} \ mathbf {E} (\ mathbf {J}) = — \ partial _t {\ mathbf {A}} — \ nabla \ varphi, \ end {align} $$

(2)

, а текущее уравнение сохранения —

$$ \ begin {выравнивание} \ nabla \ cdot \ mathbf {J} = 0, \ end {выравнивание} $$

(3)

, где \ (\ partial _t {\ mathbf {A}} \) — изменение векторного потенциала относительно времени в заданном месте \ (\ mathbf {r} \), а \ (\ varphi \) — скаляр потенциал.Уравнение (3) всегда выполняется, потому что \ (\ nabla \, \ cdot \, (\ nabla \ times \ mathbf {T}) = 0 \). Таким образом, нам нужно только решить уравнение. (2). Вдобавок предполагается, что кулоновский калибр \ (\ nabla \ cdot \ mathbf {A} = 0 \) решает трехмерную задачу, и, следовательно, \ (\ varphi \) становится электростатическим потенциалом ³² .

Поскольку плотности тока \ (\ mathbf {J} \) и \ (\ mathbf {T} \) существуют только внутри материала, сетка необходима только в этой области, что значительно увеличивает скорость вычислений ²⁹ .Векторный потенциал \ (\ mathbf {A} \) в функционале имеет два компонента, включая \ (\ mathbf {A} _ {a} \) и \ (\ mathbf {A} _ {J} \), обозначающие вектор потенциал из-за приложенного поля и векторный потенциал из-за плотности тока в сверхпроводнике соответственно. Компонент \ (\ mathbf {A} _a \) может быть заменен векторным потенциалом из-за магнита в динамо-машине, а \ (\ mathbf {A} _ {J} \) вычисляется с помощью следующего объемного интеграла тока плотность

$$ \ begin {выровнено} \ mathbf {A} _ {J} (\ mathbf {r}) = \ frac {{\ mu} _ {0}} {4 \ pi} \ int _ {V} dV ‘\ dfrac {\ mathbf {J} (\ mathbf {r}’)} {| \ mathbf {r} — \ mathbf {r} ‘|} = \ frac {{\ mu} _ {0}} {4 \ pi} \ int _ {V} dV ‘\ dfrac {{\ nabla}’ \ times \ mathbf {T} (\ mathbf {r} ‘)} {| \ mathbf {r} — \ mathbf {r}’ | }. \ mathbf {J} d \ mathbf {J} ‘\ cdot \ mathbf {E} (\ mathbf {J}’).\ end {align} $$

(6)

Для решения задачи в режиме, зависящем от времени, функционал минимизируется с дискретными временными шагами. Предполагая, что функциональные переменные на определенном временном шаге \ (t_ {0} \) равны \ (\ mathbf {T} _ {0} \), \ (\ mathbf {A} _ {J0} \) и \ (\ mathbf {A} _ {a0} \), предстоящий временной шаг будет \ (t = t_ {0} + \ Delta t \), а переменные на временном шаге t будут \ (\ mathbf {T} = \ mathbf {T} _ {0} + \ Delta \ mathbf {T} \), \ (\ mathbf {A} _ {J} = \ mathbf {A} _ {J_0} + \ Delta \ mathbf {A} _ {J} \) и \ (\ mathbf {A} _ {a} = \ mathbf {A} _ {a0} + \ Delta \ mathbf {A} _ {a} \), соответственно, где \ (\ Delta \ mathbf {T} \), \ (\ Delta \ mathbf {A} _ {T} \) и \ (\ Delta \ mathbf {A} _ {a} \) — это разница переменных между двумя временными шагами и \ (\ Дельта t \) — это разница во времени между двумя временными шагами, которая не обязательно должна быть постоянной.

Оптимальное количество ячеек для ленты с размерами \ (12 \ times 48 \ times 0,001 \) в мм в каждом направлении выбирается как \ (50 \ times 60 \ times 1 \) вдоль x , y и z оси соответственно внутри сверхпроводника. Результаты остаются почти неизменными для большего количества сеток. Однако для лучшего разрешения на поверхности ленты вместо 60 ячеек было выбрано 200 ячеек по длине ленты. Было рассмотрено приближение тонкой пленки (одна сетка по толщине ленты), поскольку оно не влияет на результаты из-за малой толщины ленты.Однако модель позволяет учесть несколько элементов по толщине ³³ .

3D-моделирование цилиндрического магнита

Как объяснялось в разделе «3D-метод MEMEP», для нашего 3D-метода MEMEP нам необходимо вычислить векторный потенциал, обусловленный магнитом, как \ (\ mathbf {A} _a \) в функционале. Для расчетов с использованием \ (J_c (B, \ theta) \) численный метод также требует вклада магнитного поля от магнита. Следовательно, все, что нам нужно, это вычислить векторный потенциал и магнитное поле магнита в определенных точках наблюдения внутри ленты, которые являются центральными местоположениями каждой ячейки.Так как MEMEP 3D должен соединять только сверхпроводник, но не воздух, проблем с вращающейся сеткой из-за движущихся магнитов не возникает. Вместо этого есть только изменяющийся во времени внешний векторный потенциал и магнитное поле, создаваемое магнитом, \ (\ mathbf {A} _M \) и \ (\ mathbf {B} _M \) в объеме сверхпроводника. Эти количества вычисляются только один раз в начале каждого временного шага, что составляет небольшую часть общего времени вычислений. Численный метод расчета этих величин подробно описан в Приложении.

Модельный постоянный магнит, выбранный для этого исследования, представляет собой цилиндрический магнит с диаметром и высотой, равными 10 мм ³⁴ . Тип магнита — N42 (магнит Nd-Fe-B), обладающий остаточным магнитным полем около 1,3 Тл.

Моделирование ленты HTS

Изотропный \ (\ mathbf {E} \) — \ (\ mathbf {J } \) степенной закон реализуется в функционале в пределах коэффициента рассеяния (6), предполагая следующую нелинейную характеристику сверхпроводника

$$ \ begin {align} \ mathbf {E} (\ mathbf {J}) = E_ {c} \ left (\ frac {| \ mathbf {J} |} {J_ {c}} \ right) ^ n \ frac {\ mathbf {J}} {| \ mathbf {J} |}, \ конец {выровнен} $$

(7)

где \ (E_ {c} = 10 ^ {- 4} \) В / м — критическое электрическое поле, \ (J_ {c} \) — критическая плотность тока, а n — n-значение лента HTS.

Параметры смоделированного провода Superpower SF12050CF, включая данные \ (J_ {c} (B, \ theta) \), получены из ⁸ . Лента имеет ширину 12 мм, толщину 1 \ (\ mu \) м, длину 48 мм, значение n, равное 20, и критический ток в собственном поле 281 A. Смоделированная лента имеет сходные (но не идентичные) характеристики с ленту HTS, используемую в ³⁴ , где мы стремимся сравнить наши результаты моделирования с экспериментальными результатами этой статьи.

На рисунке 1а показана экспериментальная зависимость \ (J_ {c} ({B}, \ theta) \), где \ (\ theta \) — угол приложенного магнитного поля к вектору нормали к поверхности ленты. (Рисунок.{\ circ} \), мы используем только измеренный критический ток в диапазоне от 0 ° до 180 °, а затем предполагаем, что он симметричен в диапазоне от — 180 ° до 0 ° для модели. В отличие от 2D-моделирования, в 3D-моделировании есть другой угол, обозначенный как \ (\ phi \) на рис. 1b, который представляет собой угол приложенного магнитного поля по отношению к оси x . Хотя наш метод моделирования допускает такую ​​зависимость \ (J_ {c} (B, \ theta, \ phi) \) ³¹ , измерения \ (J_c \) были выполнены с \ (\ phi = \ pi / 2 \ ) Только.Действительно, полные измерения \ (J_ {c} (B, \ theta, \ phi) \) для любого типа образца недостаточны из-за сложности эксперимента. Следовательно, наша модель учитывает только угол \ (\ theta \), а угол \ (\ phi \) не учитывается в предположении, что \ (B_x \) играет ту же роль, что и \ (B_y \). Другими словами, мы предполагаем, что \ (J_c (B, \ theta, \ phi) = J_c (B, \ theta, \ pi / 2) \) для любого \ (\ phi \). Как видно из других типов экспериментов, таких как размагничивание поперечного поля, это предположение не оказывает серьезного влияния на электромагнитное поведение ³³ .

Рис. 1

( a ) Экспериментальные данные \ (I_ {c} (B, \ theta) \), используемые в качестве входных \ (J_c \) для моделирования, полученные из ⁸ . Данные были измерены при 77,5 К в магнитных полях до 0,7 Тл с помощью провода Superpower SF12050CF. ( b ) Эскиз \ (I_ {c} (B, \ theta, \ phi) \), показывающий угол \ (\ theta \) вместе с углом \ (\ phi \) как угол между x ось и проекция приложенного магнитного поля на плоскость xy .

Конфигурация модели

На рис. 2а, б показана конфигурация 3D-модели в двух разных видах.Магнит вращается в плоскости xz поверх ленты против часовой стрелки, при этом внешний радиус ротора составляет 35 мм. Намагниченность магнита указывается снаружи круга вращения. \ (\ theta _M \) определяется как угол магнита, где начальное положение магнита (\ (\ theta _M = 0 \)) устанавливается, когда его центр совмещен с положительным направлением оси z . Воздушный зазор определяется как минимальное расстояние между внешней поверхностью магнита и верхней поверхностью ленты в точке (\ (\ theta _M = 180 \)).Частота вращения установлена ​​на 12,3 Гц, чтобы быть сопоставимым с измерениями, проведенными в ³⁴ .

Рисунок 2

Конфигурация 3D-модели: ( a ) вид с плоскости xz , ( b ) вид с плоскости xy , ( c ) качественный эскиз отводов напряжения.

Время расчета для этой конфигурации с учетом зависимости \ (J_c (B, \ theta) \) и сеток \ (50 \ times 200 \ times 1 \) и \ (50 \ times 60 \ times 1 \) равно около 16 часов, 40 минут и менее 3 часов соответственно на настольном компьютере с двумя процессорами Intel (R) Xeon (R) E5-2630 v4 @ 2.20 ГГц с 20 виртуальными ядрами (10 физических ядер) каждое и 64 ГБ ОЗУ. Для случая постоянной \ (J_c \) с сеткой \ (50 \ times 200 \ times 1 \) вычисление сокращается примерно до 6 часов 40 минут.

О напряжении в насосе потока

В этой статье мы учитываем, что отводы напряжения размещены на концах ленты, они сделаны из проводника с незначительным сопротивлением и находятся очень далеко от магнит в любой момент (рис. 2в). С этими предположениями, мгновенное выходное напряжение холостого хода насоса потока рассчитывается по формуле.{1 / f} V (t) \; дт \ конец {выровнено} $$

(9)

где f — частота вращения магнита. \ (V_ {DC} \) зависит только от электрического поля, создаваемого нелинейным удельным сопротивлением ленты, поскольку полный векторный потенциал \ (\ mathbf {A} \) является периодическим в полном цикле ⁷ .

Еще одним важным параметром является \ (\ Delta V \), поскольку он может быть получен непосредственно из измерений, который определяется как разность выходных напряжений ленты при 77 К (сверхпроводящее состояние) и при 300 К (нормальное состояние)

$ $ \ begin {align} \ Delta V (t) = V_ {77 K} (t) -V_ {300 K} (t).\ end {align} $$

(10)

Другими словами, \ (\ Delta V \) исключает вклад индуцированного электрического поля из-за векторного потенциала от магнита и учитывает только вклад нелинейного удельного сопротивления сверхпроводящей ленты, поскольку вихревые токи в ленты в нормальном состоянии незначительны (по крайней мере, когда лента не стабилизирована медью). В режиме разомкнутой цепи \ (\ Delta V \) следует за ⁷

$$ \ begin {align} \ Delta V_ {oc} \ приблизительно [\ partial _t A_ {J, av} + E_ {av} ( J)].\; l \ end {align} $$

(11)

где \ (V_ {oc} \) обозначает напряжение холостого хода, \ (A_ {J, av} \) — средний по объему векторный потенциал из-за сверхпроводящего экранирующего тока, а l — эффективная длина ленты. .

Почему остатки флюса могут вызывать отказы электроники

Каждый месяц мы проводим десятки анализов отказов для наших клиентов в различных отраслях и выявляем множество различных основных причин отказов. Трудно идентифицировать и доказать наличие остатков флюса для пайки.По мере того, как конструкции схем сжимаются и становятся более сложными, остатки флюса с большей вероятностью вызовут отказ из-за тока утечки.

Есть четыре основных способа пайки:

1. Оплавление для поверхностного монтажа (SMT)
2. Полный пансион или замаскированная волна
3. Выбрать
4. Рука

Каждый из них представляет различный уровень риска оставить остатки флюса, которые могут вызвать отказ. SMT наименее опасен, а жидкие флюсы наиболее опасны. Понимание процессов нанесения, компонентов вашего флюса и рекомендаций производителя флюса может значительно повысить надежность вашей электроники.

Что такое флюс?

Флюс представляет собой кислотную смесь химикатов, используемых для удаления оксидов металлов во время пайки, обеспечивая хорошие металлургические связи. Вы можете услышать термины «доброкачественный» и «активный», чтобы описать, представляют ли остатки флюса после пайки риск возникновения отказов, связанных с чистотой. Однако нет определения этих терминов с точки зрения химии, и нет единого стандартного аналитического или химического теста для классификации остатков флюса как «доброкачественных» или «активных».Это связано с тем, что отказ от тока утечки зависит не только от химического состава флюса и объема применяемого флюса. Электрическая чувствительность и условия эксплуатации также существенно влияют на надежность.

Большинство жидких флюсов, используемых при волнообразной, селективной и ручной пайке, содержат:

• Растворители
• Активаторы
• Транспортные средства / Связующие
• Добавки

Активаторы и транспортные средства / связующие влияют на риск отказа больше, чем другие.

Активаторы

В чистых флюсах в качестве активатора обычно не используются слабые органические кислоты (WOA); некоторыми примерами являются глутаровая кислота, янтарная кислота и адипиновая кислота. Активаторы делают остатки флюса опасными, потому что они кислые, но необходимы для хорошего паяного соединения. Они реагируют с оксидами металлов с образованием солей металлов, облегчая смачивание, а после растворения соли — металлургическую связь. Кислота «используется» в этой реакции, увеличивая pH флюса (делая его менее кислым).Кислота может использоваться в других реакциях с загрязнением или разложением, но они не согласованы и зависят от химического состава флюса и других факторов, которые трудно контролировать. Большинство WOA практически не испаряются при температурах пайки. Следовательно, важно минимизировать объем активаторов (и, следовательно, флюса) до минимального количества, необходимого для хорошей пайки. Избыточные активаторы, которые не вступают в реакцию с оксидами, загрязнениями или разлагаются, по-прежнему являются кислотными и увеличивают вероятность возникновения проблем в полевых условиях.

Транспортные средства / Связующие

Транспортные средства и связующие вещества — это химические вещества с высокой температурой плавления, не растворимые в воде. После пайки они образуют основную часть видимого остатка. Они служат для содержания активаторов и предотвращения их растворения в воде. Составы флюсов с низким содержанием твердых частиц содержат очень мало носителей / связующих, оставляя менее видимые остатки. Теоретически, большее количество транспортных средств и связующих снижает риск поломки, но также делает сборку грязной.Примерами носителей и связующих являются канифоль, химически модифицированная канифоль и синтетические смолы. Точный химический состав менее важен, чем количество.

Растворители

Растворители растворяют компоненты, делая флюс жидким, что упрощает нанесение. Иногда можно использовать несколько растворителей с разными точками кипения для поддержания физических свойств на разных температурных стадиях профиля пайки. При пайке они должны полностью испариться.Если растворители остаются в остатках флюса, они увеличивают риск выхода из строя. Важно убедиться, что флюс нанесен только на те участки сборки, которые будут подвергаться пиковой температуре пайки. В волновых процессах поток может течь к верхней стороне сборки через отверстия или течь под маской, где они не будут подвергаться воздействию максимальной температуры. Нанесение жидкого флюса вручную может быть особенно проблематичным из-за сложности его последовательного нанесения от одного сотрудника к другому и с течением времени.Локальный нагрев паяльника увеличивает риск.

Присадки

Добавки обычно составляют небольшой процент флюса. Это могут быть пластификаторы, красители или антиоксиданты. Хотя производители могут добавлять химические вещества для повышения надежности, понимание и контроль над этими составляющими практически отсутствуют.

Применение флюса

Существуют различные способы введения флюса для пайки, наиболее распространенный из которых:

• Флюс в паяльной пасте для поверхностного монтажа
• Распыленный или вспененный жидкий флюс для волны или выберите
• Жидкий флюс для ручной пайки
• Паяльная проволока с флюсовым сердечником для ручной пайки

Поскольку объем нанесенного флюса важен, эти различные процессы нанесения создают разные уровни риска отказа, связанного с чистотой.Флюсы для паяльной пасты представляют наименьший риск, поскольку трафареты или принтеры используются для контроля нанесенного объема паяльной пасты с флюсом. Отказы из-за остатков оплавления при поверхностном монтаже случаются редко (QFN могут быть проблематичными). Жидкие флюсы представляют больший риск. Системы распыления могут доставлять больше флюса, чем другие процессы. Когда не регулируется оптимальным образом, в процессе может применяться гораздо больше флюса, чем необходимо, оставляя больше кислотных остатков и создавая больший потенциал для нежелательных химических реакций. Жидкие потоки также могут течь в областях, которые не подвергаются воздействию пиковых температур.Также может быть сложно контролировать объем флюса, наносимого во время ручной пайки. Избыточный флюс может протекать под соседними компонентами. Он может значительно отличаться от оператора к оператору или от смены к смене. Использование припойной проволоки с флюсовым сердечником и дозирующего оборудования может помочь в согласованном применении.

Аналитические методы во время или после процесса сборки

Хотя не существует одного аналитического метода, обеспечивающего полную оценку риска, несколько успешно используются для снижения количества отказов.

Ионная чистота, на которую существенно влияет остаток флюса, обычно контролируется во время операций очистки сборки с помощью удельного сопротивления экстракта растворителя (ROSE). Эти данные помогают поддерживать качественный процесс пайки и стирки. Ионная хроматография стала популярным методом для идентификации обычных ионов на монтажных поверхностях и обеспечения прямого измерения количества активатора WOA, оставшегося после пайки. Это особенно актуально для жидких флюсов, поскольку количество нанесенного флюса может быть легко обнаружено.Различные методы ионной хроматографии дают разные результаты. Полное замачивание сборки будет усреднять ионы, обнаруженные по поверхности сборки, в то время как методы локализованной экстракции измеряют ионы на небольшой площади. Обратной стороной любого метода ионной хроматографии является отсутствие каких-либо стандартных критериев «годен / не годен»; каждый процесс пайки, дизайн и окружающая среда будут влиять на допустимые количества. Наш опыт дает нам глубокие знания о средних и проблемных количествах ионов, а также о проблемах с различными системами и методами ионной хроматографии.

Функциональные испытания при повышенной влажности иногда проводятся для оценки восприимчивости конструкции к остаткам в ожидаемых наихудших условиях эксплуатации. Если происходят отказы, они обычно связаны с током утечки или коротким замыканием. По возможности, ограничение тока может минимизировать любой ущерб от короткого замыкания. Термическое повреждение может уничтожить доказательства, необходимые для того, чтобы показать, были ли остатки действительной основной причиной отказа.

Прочие факторы

Электрическое расстояние — важный фактор риска.Места с более высоким напряжением / мил на сборке с большей вероятностью увидят электрохимический остаток и увидят его в более короткие сроки. Чувствительность конструкции также влияет на риск отказа; некоторые высокочастотные конструкции чувствительны к любым остаткам (все остатки считаются «активными», и сборки необходимо мыть). При использовании заливки и покрытия важно учитывать, правильно ли прилипает заливка или покрытие к остаткам и есть ли полости, в которых может скапливаться влага. Наконец, критически важна среда использования: использование в условиях высокой влажности гораздо более рискованно, потому что вода в атмосфере адсорбируется на поверхности, растворяет ионы и управляет электрохимией.

Выводы

Риск отказа, вызванный остатками флюса, зависит от химического состава остатка, нанесения флюса, конструкции и покрытия. Понимание всех этих факторов позволит вам минимизировать риск.

Чтобы узнать больше об остатках флюса и их влиянии на надежность электроники, зарегистрируйтесь для участия в вебинаре 12 декабря «Остаток флюса : Ключевые факторы , вызывающие отказы электроники».

Общие сведения о пайке — Часть 4: Как использовать флюс при пайке электроники

Пару недель назад я проходил раз в два года процесс продления регистрации на машину моей жены.После тестирования машины и оплаты пошлины мне выдали две маленькие таблички с датой регистрации на номерных знаках. Тем не менее, вы должны быть осторожны, потому что, если их неправильно нанести, эти ярлыки могут отсоединиться во время движения по дороге. Это может привести к импровизированной встрече на дороге с полицейским, который потребует, чтобы вы заплатили дополнительные сборы. Ключ к предотвращению этого — перед нанесением этикеток убедитесь, что поверхность номерного знака чистая и сухая.

Тот же принцип применяется, когда электронные компоненты припаяны к печатной плате. Если металлическая поверхность платы не очищена и не подготовлена ​​для пайки, вы не получите хорошей металлургической связи между поверхностями. И если оплата штрафных санкций из-за отсутствия текущих номерных знаков на вашем автомобиле обходится дорого, просто подождите, пока вы не начнете получать счета за отказы компонентов на ваших печатных платах из-за плохих паяных соединений. Ключом к получению хорошего паяного соединения является использование химического чистящего средства, известного как флюс, до и во время процесса пайки.Вот более подробный обзор всего этого и того, как использовать флюс при пайке электроники.

Определение и объяснение того, как использовать флюс при пайке электроники

Flux — это химическое чистящее средство, используемое до и во время процесса пайки электронных компонентов на печатные платы. Флюс используется как при ручной пайке вручную, так и в различных автоматизированных процессах, используемых контрактными производителями печатных плат. Основное назначение флюса — подготовка металлических поверхностей к пайке путем очистки и удаления любых оксидов и загрязнений.Оксиды образуются, когда металл подвергается воздействию воздуха, и могут препятствовать образованию хороших паяных соединений. Флюс также защищает металлические поверхности от повторного окисления во время пайки и помогает процессу пайки, изменяя поверхностное натяжение расплавленного припоя.

Флюс

состоит из основного материала и активатора — химического вещества, которое способствует лучшему смачиванию припоя за счет удаления оксидов с металла. Он также содержит другие растворители и добавки, которые помогают в процессе пайки, а также препятствуют коррозии.Флюс может быть твердым, пастообразным или жидким в зависимости от того, как и где он будет использоваться. Для ручной пайки флюс можно нанести ручкой для флюса или обычно он находится в сердечнике припоя, который использует большинство технических специалистов. Для автоматизированных процессов пайки, используемых CM при производстве печатных плат, существует несколько различных способов нанесения флюса.

Применение различных типов флюсов

Согласно IPC J-STD-004B для пайки электроники используются флюсы трех различных категорий.Эти категории: Канифоль и заменители канифоли водорастворимые и не требующие очистки. Внутри этих категорий находятся различные типы и химический состав флюсов в зависимости от потребностей компонентов и плат, подлежащих пайке. В зависимости от автоматизированного процесса пайки, используемого вашим контрактным производителем, флюс будет применяться следующими способами:

• Волновая пайка: Флюс, используемый для пайки волной, обычно состоит из большего количества растворителей, чем флюс, используемый для других применений, и будет распылен на плату до того, как он пройдет через волну припоя.Оказавшись на месте, флюс очистит компоненты, которые должны быть припаяны, чтобы удалить любые образовавшиеся оксидные слои. Если на плате используется менее агрессивный тип флюса, то перед нанесением флюса плата должна пройти предварительную очистку.
• Припой оплавление: Для плат, которые подвергаются процессу оплавления припоя, используется паста, состоящая из липкого флюса и небольших шариков металлического припоя. Эта паяльная паста удерживает детали на месте до тех пор, пока тепло печи не заставит частицы припоя оплавиться.Мало того, что металлические поверхности очищаются флюсом, пастообразный характер флюса изолирует воздух, предотвращая дальнейшее окисление. Флюс для паяльной пасты также содержит добавки для улучшения характеристик текучести припоя при его плавлении.
• Селективная пайка: Флюс, используемый для процессов селективной пайки, наносится либо распылением, либо с помощью более точного процесса капельно-струйной пайки.

Метод, которым флюс наносится на каждый из этих процессов пайки, тщательно контролируется, чтобы гарантировать, что флюс может выполнять свою работу без нарушения целостности процесса пайки.Например, если используется паяльная паста, в которой концентрация растворителей выше, чем у других типов паст, может возникнуть проблема, если флюс нагревается слишком быстро. Нагретые растворители могут выделять газ, образуя пустоты в паяном соединении, и разбрызгивать расплавленный припой на участки платы, которые не следует паять. По этой причине процесс оплавления припоя тщательно контролируется с помощью стадий предварительного нагрева, температурной выдержки и оплавления.

DFM для печатных плат HDI

Загрузить сейчас

Флюс для очистки электроники

Еще одним аспектом флюса является необходимость очистки печатной платы после того, как он выполнил свою работу.Некоторые флюсы вызывают коррозию, и их остатки могут продолжать свою активность и повредить печатную плату еще долгое время после ее изготовления. Каждая из трех упомянутых выше категорий флюсов имеет свои собственные потребности в очистке:

• Канифоль На основе: Этот флюс необходимо очищать специальными химическими растворителями, которые обычно содержат фторуглероды.
• Водорастворимый: Существует множество чистящих средств, которые можно использовать для водорастворимых флюсов, таких как деионизированная вода и моющие средства.
• Без очистки: Судя по названию, эти флюсы практически не требуют очистки. Обычно любая очистка имеет больше эстетической привлекательности, чем фактическое загрязнение. Однако остаточный флюс, не требующий очистки, может снизить эффективность адгезии конформных покрытий, поэтому все же рекомендуется некоторая очистка.

Для более агрессивных флюсов необходима очистка. Некоторые процессы производства печатных плат, такие как экранированные области печатной платы, которые подвергаются пайке волной, могут потенциально скрывать остатки флюса.Этот остаточный флюс со временем может вызвать серьезные проблемы для печатной платы, если ее не очистить. Однако, помимо коррозионных проблем более активных флюсов, даже остатки неочищенных флюсов могут мешать тестированию печатных плат, оптическому инспекционному оборудованию и некоторым чувствительным электронным компонентам. В общем, по возможности лучше очищать остатки флюса.

Чего можно ожидать от контрактного производителя

Существует множество различных категорий, типов и составов флюсов для пайки, так же как существует множество различных типов припоев и процессов пайки.Чтобы быть уверенным, что конструкция вашей печатной платы будет изготавливаться правильно с наилучшим сочетанием материалов и процессов, вам необходимо работать с CM, который полностью понимает все это. Ваш менеджер по маркетингу должен иметь многолетний опыт работы с этими различными материалами, а также оборудование и ресурсы для облегчения этих процессов.

Исследование и компоненты утечки магнитного потока в ферромагнитном ламинированном образце

Метод утечки магнитного потока (MFL) чаще всего используется для обнаружения трещин в железных стержнях, ламинированных листах и ​​стальных трубах ферромагнитной природы.Система рассеяния магнитного потока индуцирует магнитное поле и обнаруживает линии магнитного потока, которые «просачиваются» или изменяются из-за неоднородности в намагниченной области. Индуктивный
Катушечный датчик или датчик на эффекте Холла обнаруживают утечку. Магнитные методы неразрушающего контроля (NDT) зависят от обнаружения этого поля рассеяния магнитного потока. Ферромагнитный образец
намагничивается подходящими методами, а дефекты, которые разрушают поверхность или просто подповерхностные слои, искажают магнитное поле, вызывая локальные поля рассеяния магнитного потока.Это очень важно для промышленного применения.
для обнаружения трещин и изъянов в металлических частях стальных мостов, электростанций, военных инструментов и конструкций и т. д. В данном исследовании осмотр трещин в ламинированных листах под продольным
намагниченность будет обсуждаться подробно.

1. Введение

Существуют различные методы неразрушающего контроля для промышленного использования. Большинство из них подходят для обнаружения поверхностных трещин на ламинированных образцах, трубопроводах и резервуарах для хранения жидкости.Основными факторами, влияющими на выбранный метод неразрушающего контроля, являются диаметр изделия, длина и толщина стенки, методы изготовления, тип и расположение потенциальных разрывов, требования спецификации и посторонние переменные, такие как царапина, которая может вызвать отклоняемую индикацию, даже хотя продукт приемлемый.

Наиболее широко используемыми методами неразрушающего контроля для контроля сварных швов трубных изделий являются ультразвуковой, вихретоковый, рассеивание магнитного потока, радиографические методы, проникающие жидкости и магнитные частицы.Первые четыре надежны для выявления внутренних дефектов, тогда как последние два наиболее надежны для обнаружения дефектов поверхности. Каждый из этих методов имеет определенные преимущества и ограничения [1].

Соответствующий компонент намагничивается до уровня, при котором наличие значительного локального уменьшения толщины материала вызывает достаточное искажение внутреннего магнитного поля, позволяющее линиям магнитного потока разрушать испытательную поверхность в месте разрыва. Применение метода рассеяния магнитного потока (MFL) и подходящие датчики используются для подачи электрического сигнала в месте утечки.Этот сигнал может включать звуковую или визуальную сигнализацию, чтобы предупредить инспектора, или может сохранять событие для компьютерного картирования области. Техника MFL требует двух основных вещей: метода намагничивания и метода обнаружения поля утечки.

Намагничивание может быть достигнуто с помощью электромагнитов или постоянных магнитов. Есть несколько типов датчиков, которые можно использовать в MFL. Эти типы включают поисковые катушки, датчики эффекта Холла, магнитострикционные устройства и датчики гигантского магнитоимпеданса (GMI) [2].Постоянные магниты и датчики на эффекте Холла чаще всего используются в технологии MFL.

Датчики с поисковой катушкой выдают сигнал напряжения, пропорциональный плотности потока поля, проходящего через чувствительный элемент. На рисунках 1 и 2 показаны диаграммы поля для материала с изъязвлениями. Положение чувствительных элементов параллельно поверхности сканирования; из этого следует, что будет измеряться нормальная (вертикальная) составляющая вектора рассеяния магнитного потока. Если бы чувствительные элементы были расположены перпендикулярно поверхности, то измерялся бы тангенциальный (горизонтальный) вектор.

Поскольку метод рассеяния магнитного потока реагирует на коррозию и трещины как на обратной, так и на ближней стороне, необходимо ввести сильное магнитное поле в стенку компонента. Чем ближе это поле становится к насыщению компонента, тем более чувствительным и воспроизводимым становится метод [3–5].

В технике MFL для намагничивания образца до насыщения используются системы постоянного магнита или электромагнитов. Области уменьшенной толщины, такие как коррозионный дефект или поверхностные трещины, вызывают утечку магнитного потока в воздух [6].Эта утечка потока обнаруживается с помощью поисковой катушки по количеству витков или датчика Холла и соотносится с размером и местоположением дефекта [7]. Толщина стенки, которую можно проверить, ограничена способностью магнитного потока проникать в стенку и способностью датчика обнаруживать дефекты на расстоянии от стены [8].

Однако технология неразрушающего контроля приобрела важное значение в современных промышленных процессах для сокращения времени простоя и повышения безопасности и производительности [9, 10].Большой успех был достигнут в трубопроводной промышленности с использованием техники рассеяния магнитного потока для обнаружения и определения размеров дефектов в нефте- и газопроводах и ламинированных листов на стальных мостах, на электростанциях и при проверках стальных проволочных покрытий [11, 12].

Очень важно понимать физику метода рассеяния магнитного потока (MFL) из-за реализации процесса обнаружения трещин. Понимание механизма утечки флюса в ламинированном листе, трубопроводах и других приложениях дает возможность более точного анализа во время экспериментального исследования.В этом исследовании исследуется проверка трещин в слоистых листах при продольной намагниченности.

2. Экспериментальная установка

Система измерения рассеяния магнитного потока состоит из двух основных процессов, таких как намагничивание и системы магнитных измерений. В данной работе образец намагничивался по длине образца в продольном направлении. Система намагничивания была построена с двумя последовательно соединенными катушками намагничивания. Сердечник из мягкого железа был помещен в катушки намагничивания, такие как концентратор потока.

Система запитана синусоидальным сигналом 5 В и частотой 500 Гц. Сигнал был получен от генератора сигналов произвольной формы HP 33120 A, затем усилен усилителем мощности SONY ES505. Изолирующий трансформатор использовался для фильтрации сигнала постоянного тока, который возникает во время усиления усилителя мощности, как показано на рисунке 3.

Важно понимать механизм возбуждения процесса намагничивания. Бодрящий прогресс состоит из двух основных этапов. Первая ступень создает напряженность магнитного поля, когда ток намагничивания подается на катушки намагничивания.Эти катушки имеют около 250 витков обмотки с толщиной проволоки 1,2 мм. Вторая ступень возбуждает образец в продольном направлении.

Когда ток намагничивания был приложен к катушкам намагничивания с частотой 500 Гц и 1 А, в последовательно соединенных катушках намагничивания возникает напряженность магнитного поля. Это вызывает распределение магнитного потока в сердечнике из мягкого железа (SiFe). Когда система находится под напряжением, возникший магнитный поток проходит в образец. Естественный путь магнитных силовых линий проходит по длине продольного направления образца.Если в слоистом ферромагнитном материале нет разрывов, создаваемый магнитный поток течет в образец из-за его высокой магнитной проницаемости.

Если в ламинированном образце есть трещины, отверстия и несплошности, происходит утечка магнитного потока [3]. Эта утечка магнитного потока перпендикулярна поверхности образца. Для обнаружения поверхностной утечки магнитного потока использовалась поисковая катушка с воздушным сердечником на 250 витков. Поисковая катушка перемещалась по образцу в продольном направлении с помощью системы управляемого шагового двигателя, как показано на рисунке 4.

Поисковая катушка с воздушным сердечником на 250 витков использовалась для захвата сигнала рассеяния поверхностного магнитного потока, который возникает вокруг трещин и неоднородностей в образце. Захваченный сигнал был синусоидальным по своей природе, поэтому на поисковой катушке был наведен сигнал () (см. (1))

где — плотность магнитного потока в (Тесла), — это среднее значение наведенного сигнала на многооборотной поисковой катушке, — это номер поисковой катушки, — Гц — частота намагничивания, — это площадь поперечного сечения образца.500 Гц оказалась наиболее подходящей рабочей частотой для этого исследования, и она оставалась постоянной для всех измерений.

Напряженность магнитного поля измерялась среднеквадратичным вольтметром HP 34401 A во время экспериментального исследования с целью контроля. Для контроля экспериментальных условий во время исследования измеряли напряженность магнитного поля. Напряженность магнитного поля рассчитывалась по следующей формуле:

где — напряженность магнитного поля в, — значение наведенного сигнала, — число витков намагничивания, — общая длина сердечника намагничивания, — удельное сопротивление силового резистора, который последовательно подключен между катушкой намагничивания и заземлением. .

Сигнал датчика был обработан с помощью электронного интерфейса. Он был усилен и отфильтрован, а затем прошел через переключатель цифровой обработки сигнала HP 34970 A для захвата сигнала датчика каждую секунду. Данные были собраны автоматически с использованием компьютеризированной системы обвинения.

Поведение и составляющие рассеяния магнитного потока очень важны во время поиска несплошностей в ламинированном образце. Общая магнитная индукция исходит от катушек намагничивания, которые последовательно соединены друг с другом, как показано на рисунке 4.Утечка поверхностного потока перескакивает от ветвей сердечника к слоистому образцу и следует по пути вдоль длины образца в продольном направлении. На этом этапе и компоненты возникают из-за несплошности в ламинированном образце. Причиной несплошностей могут быть поверхностные и подповерхностные трещины, коррозионные ямки, местные напряжения и т. Д.

и компоненты рассеяния потока были захвачены одно- и многооборотными поисковыми катушками во время измерений. Данные были собраны мгновенно с помощью переключателя сбора данных HP 34970 A.Собранные данные были записаны компьютером, чтобы использовать их для обработки сигналов.

В ходе исследования было проведено три основных эксперимента. На первом этапе намагничивающий сердечник U-типа подавался без образца, чтобы выяснить, как происходит рассеяние магнитного потока. Это была возможность наблюдать за распределением потока примерно на опорах активной зоны и между опорами в пространстве.

На втором этапе образец располагался на ножках П-образного сердечника без трещин и разрывов.Образец касался поверхности поперечного сечения стержней сердечника на обоих концах ламинированного образца. Магнитный поток передавался от ветвей сердечника к образцу только на поверхности поперечного сечения ветвей. Магнитный поток движется от одного конца к другому, если нет трещин.

На третьем этапе особенно потрескавшийся образец был расположен на ветвях сердечника с двумя трещинами для захвата областей с трещинами в зависимости от расстояния и поверхностной утечки магнитного потока.

Наконец, три этапа исследования сравниваются, чтобы найти участки с трещинами с высокой чувствительностью, повторяемостью и меньшими ошибками.

3. Результаты и обсуждение

3.1. Измерение утечки магнитного потока (MFL) между ножками сердечника без образца

Намагничивающий сердечник U-типа использовался для создания плотности магнитного потока для обнаружения неоднородностей и трещин в слоистом образце, как показано на рисунке 4. На первом этапе При исследовании сердечник возбуждается от последовательно соединенных двух катушек намагничивания без испытуемого образца.

U-образный сердечник действовал как концентратор потока. Поток, который создается катушками намагничивания, собирается и передается воздуху намагничивающим сердечником U-типа из мягкого железа.Создаваемая плотность магнитного потока состоит из трех компонентов:, и. Плотность магнитного потока дана как в (4)

В этом исследовании компоненты плотности потока наиболее важны для объяснения положения области трещины. По этой причине при исследовании не учитывалась составляющая плотности магнитного потока. Создаваемая плотность магнитного потока передается в воздух только с поверхности поперечного сечения ветвей сердечника. является основным компонентом плотности потока на ветвях сердечника, как показано на рисунке 5.Это ожидаемый результат из-за расположения опор сердечника. Продольная ось ножек расположена по направлению.

Датчик поисковой катушки измерял около 3,5 В только на стержне сердечника в качестве компонента. составляющая сигнала MFL также измерялась около нуля вольт только на площади поперечного сечения ветвей сердечника, как показано на рисунке 6. Было показано, что составляющая магнитного потока имеет противоположную природу с составляющей сигнала MFL.

Полная плотность потока была постоянной для определенной частоты и токов намагничивания согласно (4).Из-за этого, когда компонент плотности потока увеличивается, компонент плотности потока уменьшается из-за постоянной плотности потока магнитной системы. При сканировании поисковой катушкой из левого угла U-образного сердечника в правый угол было обнаружено, что компонент становится стабильным при напряжении около 1,2 В на расстоянии от 5 до 20 см на U-образном сердечнике.

Составляющая плотности потока преобразуется в составляющую из-за перескока силовых линий от ветвей сердечника в воздух. Хотя эта компонента силовых линий, по-видимому, увеличивается от основного состояния до примерно 1.Отклик датчика 6 В из-за уменьшения процентного содержания составляющих силовых линий. Обе компоненты плотности потока ведут себя симметрично только в середине U-образного сердечника.

Составляющая силовых линий увеличилась до максимального значения 3,5 В. Она уменьшилась до минимального значения 1,2 В срабатывания датчика на расстоянии примерно 3 см от левого угла U-образного сердечника. Изменение отклика датчика было равномерным вплоть до правой части U-образного сердечника, как показано на рисунке 5. Если сканирование производилось датчиком поисковой катушки, оно было стабильным на расстоянии до 18 см от левого угла.После этого момента чувствительность датчика внезапно увеличилась с 1 В до 3,5 В. Ожидаемый отклик датчика был достигнут по длине U-образного сердечника. Компонент плотности потока выше сразу над ветвями сердечника, а компонент плотности потока становится ниже около основного состояния только на ветвях сердечника. Когда датчик выходит из стержней сердечника, компонент внезапно увеличивается до максимального значения, а компонент плотности потока уменьшается на нижнем уровне во время процесса сканирования, как показано на рисунке 6.

3.2. Измерение утечки магнитного потока (MFL) на ламинированном образце SiFe по всей длине без трещин

На втором этапе исследования образец мягкого ферромагнетика SiFe, ламинированный по всей длине, помещали на ветви U-образного сердечника без каких-либо трещин и разрывов. Цель этого — выяснить, как поток течет внутри ламинированного образца по всей длине без каких-либо трещин и разрывов от одной ветви к другой. Изменение и компоненты плотности потока могут быть достигнуты, когда датчик сканирует в двух измерениях по длине образца между ветвями сердечника в зависимости от смещения.

Все силовые линии в -направлении на ветвях сердечника из-за этой составляющей плотности магнитного потока выше, чем составляющая магнитного потока на ветвях сердечника. Намагниченный сердечник передал (MFL) силовые линии магнитного потока от ветвей сердечника к ламинированному образцу. Когда силовые линии встречаются с ламинированным образцом, они внезапно подпрыгивают, и составляющая линий магнитного потока экспоненциально уменьшается до минимального значения, как показано на рисунке 7. Компонент магнитных силовых линий также постепенно увеличивается до максимального значения в линейной области, как показано на рисунке. 8 на расстоянии около 4 см от начала координат.Причина этого в том, что составляющая силовых линий магнитного потока вращается на образце из-за его высокой магнитной проницаемости.

Большинство компонентов линий магнитного потока используются для намагничивания образца в направлении -направлении. К сожалению, образец не насыщен, и из-за этого в образце возникает очень много доменных границ. Такое поведение вызывает появление составляющей магнитных силовых линий по длине ламинированного образца. Из-за этого амплитуда составляющей магнитных силовых линий была измерена как 1.8 В даже если. Компонент магнитных силовых линий отвечает за намагничивание ламинированного образца. Из-за этого часть составляющих линий магнитного потока исчезает, намагничивая образец. Согласно теории магнитных доменов, все спины становятся параллельными -направлению, когда силовые линии магнитного потока проходят по длине образца [13].

Нелегко удерживать все спины параллельно длине образца. Система должна тратить немного энергии, чтобы поддерживать их параллельность.Сохранение параллельности спинов друг другу приводит к потере мощности в образце. Из-за этого часть магнитной энергии преобразуется в тепло, чтобы компенсировать потерю мощности.

Компонент МПС становится выше на ветвях сердечника из-за увеличения плотности потока только на ветвях сердечника. Линии магнитного потока изгибаются над образцом, и составляющая магнитных линий уменьшается. С другой стороны, составляющая магнитных силовых линий становится выше примерно на ветвях сердечника. Затем они падают до нуля в середине полной длины образца.Причина этого — намагниченность образца. Из-за намагничивания образца в ламинированном образце возникают потери мощности.

3.3. Измерение утечки магнитного потока (MFL) на слоистом образце SiFe с двумя трещинами

Многослойный образец SiFe был расположен на ножках U-образного сердечника с двумя трещинами. Две трещины были специально подготовлены на ламинированном образце для исследования изменения рассеяния магнитного потока почти на участках с трещинами. и составляющие поверхностного рассеяния магнитного потока измерялись поисковой катушкой.Датчик сканировал от левого угла до правого угла U-образного сердечника с помощью системы шагового двигателя. Полученные компоненты и компоненты были аналогичны описанным выше.

Компонент выше примерно на плечах керна, затем опускается ниже между ветвями керна у первой трещины, как показано на Рисунке 9. Когда датчик приближается к первой трещине, реакция датчика увеличивается почти так же, как значение примерно на плече керна. Если датчик проходит через трещину, срабатывание датчика постепенно снижается до минимального значения.Компонент намагниченного образца был захвачен однооборотными поисковыми катушками, как показано на рисунке 10. Поисковые катушки были расположены на расстоянии 5 мм друг от друга на ламинированном образце. Магнитный поток течет в поисковые катушки, когда образец намагничивается синусоидальным током с частотой от 500 Гц до 1 А. Согласно закону Био-Савара и закону Фарадея, ток индуцируется в однооборотных поисковых катушках как.

Концентрация потока возникла в ветвях С-образного сердечника во время возбуждения катушек намагничивания.Генерируемый флюс перескакивал на ламинированный образец от ножек С-образного сердечника. а составляющие намагниченности измерялись в ходе экспериментального исследования индивидуально. Было получено изменение рассеяния поверхностного магнитного потока вокруг области трещины. Амплитуда составляющей поверхностного рассеяния потока была увеличена до 2,0 В сразу после ветвей активной зоны. Измеряемый сигнал постепенно уменьшается примерно до нуля Гаусс на области трещины. Когда датчик двигался слева направо, составляющая немного увеличивалась до 0.Затем 25 В снизилось до нуля. Амплитуда сигнала снова достигла 0,25 В, затем снизилась до нуля на участке трещины. Это изменение свидетельствовало о наличии трещины в ламинированном образце.

Изменение сигнала датчика наиболее важно по направлению. Следовательно, измерение компонента является наиболее подходящим, чем измерение компонента поверхностного потока во время эксперимента по обнаружению трещин. Компонент может сильно отличаться. Этот вариант обеспечивает большую точность и информацию о форме, глубине и ширине трещин.Это дает возможность определить трещины или изъяны в материале.

Чувствительность и повторяемость — самые важные аспекты неразрушающего контроля. Оценка ширины, глубины и формы трещины также важна для повышения точности. Если датчик перемещается слева направо, происходит изменение сигнала.

Когда датчик располагается чуть выше площади поперечного сечения стержней сердечника, поисковая катушка наводит больше сигналов из-за высокой концентрации компонентов плотности магнитного потока.Амплитуда наведенного сигнала снижается с 2,5 В до 1,75 В из-за изменения положения датчика на образце, как показано на рисунке 9. Большинство магнитных линий изгибаются над образцом и предпочитают проходить в ламинированном листе. Поэтому большинство компонентов силовых линий преобразовано в компоненты. Это преобразование вызывает уменьшение количества компонентов силовых линий. Индуцированный сигнал датчика также уменьшается в этой области по той же причине. Когда датчик приближается к трещине, линии утечки поверхностного потока внезапно предпочитают проходить по воздуху.

Таким образом, количество компонентов магнитных линий увеличивается до определенных уровней, что свидетельствует о неоднородностях. Затем сигнал датчика внезапно падает до минимального значения, когда датчик прибывает на другую сторону области трещины. Амплитуда составляющей поверхностного потока резко меняется из-за неоднородности кристаллической структуры. Когда возникает трещина, проницаемость соответствующей области заменяется воздухом. Линии магнитного потока уходят в космос от ламинированного образца.Это вызывает резкое изменение сигнала датчика. Такое поведение очень важно для обнаружения трещин и изъянов в ламинированных листах.

Огромные потери сигнала происходят только на участках с трещинами. Возникший разрыв влияет на распределение потока по длине намагниченности образца. Магнитные домены становятся параллельными друг другу при намагничивании ламинированного образца.

Теоретически единичный домен возникает, если образец приближается к насыщению на поверхности образца.Возникшая несплошность вызывает искажение области трещин на магнитной доменной структуре. Поверхностный магнитный поток предпочитает перескакивать на другую сторону области трещины. Из-за этого падение сигнала происходит именно на участке трещины. Если датчик фиксирует изменение сигнала во время сканирования поверхности, это свидетельствует о наличии неоднородности.

Можно обнаружить поверхностные трещины, используя метод рассеяния поверхностного магнитного потока, как указано выше. Необходимо провести дополнительное исследование, чтобы определить ширину, глубину и форму трещин неизвестных трещин.Рисунок 11 относится к трещине правильной формы.

Нам нужно подготовить банк данных для сравнения сигналов с неизвестными трещинами. Также важно выполнить обработку захваченного сигнала, чтобы удалить шум с выхода датчика и получить четкий сигнал. Обработка сигнала улучшает качество сигнала и уменьшает ошибки измерения. Это важно для получения точных экспериментальных результатов. Когда все эти проблемы соберутся вместе, у нас будет инструмент для получения трещин на деталях машин, электростанциях, стальных мостах, железных дорогах и многих других промышленных объектах.

4. Выводы

В данной работе был исследован механизм поверхностного рассеяния магнитного потока с целью получения инструмента для неразрушающих методов. Процесс намагничивания был подробно проанализирован в три этапа. (I) На первом этапе намагничивающий сердечник U-типа подавался под напряжением без образца, чтобы выяснить характер рассеяния магнитного потока. Составляющая магнитного потока увеличивается на ветвях сердечника, но составляющая рассеяния магнитного потока достигает почти основного состояния на ветвях сердечника.Составляющая рассеяния магнитного потока достигает максимального значения за счет преобразования составляющей в. Таким образом, оба компонента приблизились к минимальному значению между стержнями сердечника. (ii) На втором этапе образец располагался на ветвях U-образного сердечника без каких-либо трещин и неоднородностей. Обнаруженный образец действовал как мост между ветвями сердечника и передавал магнитный поток от одного плеча сердечника к другому. Составляющая рассеяния магнитного потока выше, но составляющая рассеяния магнитного потока достигает минимума на стержнях сердечника.Компоненты практически преобразовались в значения на образце и из-за этого внезапно приблизились к минимальному значению. увеличивалось до максимального значения, затем приближалось к минимальному значению в середине образца между стержнями сердечника из-за потери мощности. (iii) На третьем этапе особенно потрескавшийся образец был расположен на ветвях сердечника с двумя трещинами для захвата областей с трещинами в зависимости от расстояния и поверхностной утечки магнитного потока.