تيارات الدوامات (تُعرف أيضًا باسم التيارات الدوارة أو تيارات فوكو) هي تيارات كهربائية دوّامة تنشأ في الموصلات عند تعرضها لمجال مغناطيسي متغير. هذه التيارات تتشكل في مسارات مغلقة داخل المادة وتنتج بسبب قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي، حيث يتسبب التغير في التدفق المغناطيسي في توليد قوة دافعة كهربائية (EMF) داخل الموصل، مما يؤدي إلى تدفق التيار.
كيف تتولد تيارات الدوامات؟
عندما يتحرك موصل (مثل قطعة معدنية) داخل مجال مغناطيسي ثابت، أو عندما يتعرض موصل ثابت لمجال مغناطيسي متغير، فإن التغير في التدفق المغناطيسي يولد تيارات حثية داخل المادة. هذه التيارات تسير في حلقات مغلقة (دوامات) بسبب مقاومة المادة، مما يؤدي إلى تسخينها وفقدان الطاقة.
العوامل المؤثرة في تيارات الدوامات:
- شدة المجال المغناطيسي: كلما زادت شدة المجال، زادت قوة التيارات الدوامية.
- معدل تغير المجال المغناطيسي: التغير السريع في المجال يولد تيارات أقوى.
- موصلية المادة: المعادن ذات الموصلية العالية (مثل النحاس والألمنيوم) تنتج تيارات دوامية أكبر.
- حجم وشكل الموصل: المساحات الأكبر تسمح بتكون تيارات أقوى.
تطبيقات تيارات الدوامات
1. الكبح الكهرومغناطيسي (المخمدات)
تُستخدم تيارات الدوامات في أنظمة الكبح المغناطيسي، مثل:
- قطارات الرفع المغناطيسي (Maglev) التي تستخدم الكبح الدوامي لتخفيف السرعة دون احتكاك ميكانيكي.
- أجهزة قياس السرعة (العدادات) والمخمدات في الأجهزة الدقيقة.
2. التسخين بالحث (Induction Heating)
- تُستخدم في أفران الصهر لتسخين المعادن دون تلامس مباشر.
- تطبيقات في اللحام والمعالجة الحرارية.
3. الاختبار غير الإتلافي (NDT)
- تُستخدم أجهزة اختبار التيارات الدوامية لاكتشاف الشقوق أو العيوب في المعادن دون تدمير العينة.
4. المحولات والمولدات الكهربائية
- تسبب تيارات الدوامات فقدان الطاقة الحرارية (فقدان القلب الحديدي) في المحولات، لذا تُصنع النوى من صفائح معدنية معزولة لتقليلها.
مساوئ تيارات الدوامات
- فقدان الطاقة (التسخين): تؤدي إلى هدر الطاقة في الأجهزة الكهربائية مثل المحولات والمحركات.
- التأثير على الكفاءة: تقلل من كفاءة الأنظمة بسبب الحرارة الناتجة.
- الحاجة إلى تصميم خاص: مثل استخدام الصفائح المغناطيسية المقسّاة في المحولات لتقليل التيارات الدوامية.
كيف يتم تقليل تيارات الدوامات؟
- استخدام القلب المصنوع من شرائح معدنية (Laminated Core): تُصنع نوى المحولات والمحركات من صفائح رقيقة معزولة لمنع تكون تيارات دوامية كبيرة.
- استخدام مواد ذات مقاومة كهربائية عالية: مثل الحديد-السليكون في المحولات لتقليل التيارات.
- تقسيم الموصل إلى أجزاء صغيرة: تقليل المساحة المتاحة لتدفق التيارات الدوامية يقلل من شدتها.
تيارات الدوامات ظاهرة كهرومغناطيسية مهمة لها تطبيقات مفيدة (مثل التسخين بالحث والكبح المغناطيسي)، لكنها قد تسبب فقدانًا للطاقة في بعض الأجهزة. يتم التحكم فيها عبر تصميم خاص للمواد والمكونات الكهربائية لتحقيق التوازن بين الاستفادة منها وتقليل آثارها السلبية.
