Pyörrevirta

Pyörrevirta on muuttuvan magneettikentän vaikutuksesta syntyvä sähkövirta metalleissa ja muissa johtimissa. Ilmiötä voidaan käyttää hyväksi mm. metallintunnistimissa, pyörrevirtajarruissa sekä induktiivisessa kuumentamisessa. Virranahtoilmiön (skin-efekti) vuoksi virta ahtautuu johtimen pintaosiin. Tämä ilmiö on merkittävä vain suurilla taajuuksilla ja paksuilla johtimilla ja vaihtelee materiaalin mukaan.

Magneettivuo aiheuttaa johtimeen potentiaalieroja, mikä puolestaan aikaansaa pyörrevirtoja; toisin sanoen pyörrevirrat syntyvät kohtiin, joissa magneettivuon tiheys muuttuu. Muutokset voivat johtua kappaleen liikkeestä tai kentän muutoksesta. Kumpiakin käytetään hyväksi esimerkiksi induktiivisessa kuumennuksessa.

Pyörrevirtojen aiheuttama magneettikenttä pyrkii estämään esimerkiksi kappaleen heilahtamista magneettikenttään ja siitä pois.

Pyörrevirrat muuntajissa

Pyörrevirrat aiheuttavat muuntajissa energiahäviöitä lämmittämällä muuntajan sydänmateriaalia, sekä aiheuttamalla vastakkaisuuntaisen sähkömotorisen voiman muuntajan käämeihin. Häviöiden minimoimiseksi sydän rakennetaan toisistaan eristetyistä levyistä yhdenäisen sydänmetallikappaleen sijaan. Muuntajan sydän voidaan valmistaa myös jauhamalla sydänmetalli ja valamalla se eristävän aineen sisään. Jakelumuuntajien sydämet kuitenkin valmistetaan aina kidesuunnatusta muuntajalevystä.

Induktiivinen kuumennus

Laitettaessa sähköä johtava kappale magneettikenttään, syntyy siihen pyörrevirtoja. Käämissä kulkeva virta synnyttää magneettivuon ja se lävistää kuumennettavan kappaleen. Lenzin lain mukaan magneettivuo indusoi sähkömotorisen voiman, joka synnyttää pyörrevirtoja. Joulen lain mukaan nämä pyörrevirrat muuttuvat lämmöksi. Myös hystereesihäviöt voivat aiheuttaa lämpenemistä kuumennettaessa magneettisia aineita kyseisellä menetelmällä.

Kuumennusvoimakkuuteen vaikuttavat magneettikentän voimakkuus, metallikappaleen magneettiset ja sähköiset ominaisuudet sekä kelan etäisyys metallikappaleesta.

Induktiivista kuumennusta käytetään hyväksi sulatettaessa metalleja induktiouuneissa. Metallikappale laitetaan lämpöä kestävään eristeastiaan, jonka ympärillä on käämi. Käämissä kulkee vaihtovirta, jonka taajuus on n. 1 kHz. Pyörrevirrat nostavat lämpötilan resistanssin vuoksi metallin sulamispisteeseen. Induktiivisen kuumennuksen etuja ovat saasteettomuus, hyvä säädettävyys sekä sulan metallin lisäaineiden helppo hallinta.

Uusimmat keittiöliedet toimivat induktiolla. Näiden liesien etuna tavallisiin nähden on, ettei levy kuumene lainkaan, vaan kattila lämpenee kun sen pohjaan indusoituu pyörrevirtoja. Induktioliesi ei siis aiheuta palovaaraa jos se unohdetaan tai kytketään vahingossa päälle, mikäli levyn päällä ei ole kattilaa tai muuta metalliesinettä.

Kilowattituntimittari

Pääartikkeli: Kilowattituntimittari

Perinteisessä kilowattituntimittarissa vaihtovirta synnyttää alumiinilevyyn pyörrevirtoja, joiden vaikutuksesta levy pyrkii pyörimään. Kestomagneetin aiheuttamat pyörrevirrat jarruttavat pyörimistä; alumiinilevyn akseli on kytketty kierroslaskuriin ja mittarin näyttöön.

Kuntopyörä

Uusimmissa kuntopyörissä käytetään pyörrevirtajarrua, jonka idea on melko yksinkertainen. Poljettaessa kuntopyörällä liike-energia saa ison metallilevyn pyörimään, johon indusoituu pyörrevirtoja paikallaan olevan magneetin ansiosta. Usein magneetteja on kaksi, jolloin metallilevy pyörii näiden magneettien välissä. Levyyn indusoituneet pyörrevirrat pyrkivät vastustamaan sen pyörimistä, ja tämä tuntuu polkimissa vastuksena.