導電性の材料が磁場にさらされると、材料に渦電流が誘導されます。この現象は「誘導加熱」と呼ばれます。渦電流は材料の表面に集中します。
誘導された渦電流により、材料に熱が発生する。導体ループに囲まれた磁束が変化すると、ループに誘導電位が発生する。同様に、導体が交流磁界にさらされると、電磁誘導の作用により誘導電位が発生し、導体内に誘導電流または渦電流が形成される。
これらの誘導電流は導体自体の抵抗に打ち勝ち、ジュール熱を発生させる。この熱を利用して導体自体を温め、溶融させ、さまざまな目的の熱処理を実現する。これが中周波誘導加熱の原理である。
誘導加熱のプロセスを支配する物理原理は非常に単純である。ソレノイドまたはコイルに交流電流が流れ、過渡磁界が発生する。マクスウェルの方程式によれば、この磁場は近くの導体材料に電流（渦電流）を誘導する。ジュール効果により、導体材料に熱が発生し、加熱される金属の融点に達する。電流パラメーターを調整することで、溶融金属を液体として維持したり、凝固を正確に制御することができる。
発生した渦電流は金属の抵抗率に逆らって流れ、部品とインダクターが直接接触することなく、正確な局所的発熱をもたらします。磁性部品も非磁性部品もこの熱を発生させることができ、これはしばしば「ジュール効果」と呼ばれます。
ジュール効果に加え、ヒステリシスによってさらに熱が内部で発生します。磁性部品はインダクターを通過する際に内部摩擦を生じます。磁性材料は、インダクター内部で急激に変化する磁場に自然に抵抗し、内部摩擦を発生させ、熱を発生させます。
誘導炉の操作では、溶融する金属を入れる非導電性のるつぼを銅線のコイルで囲みます。強力な交流電流がワイヤーに流れ、急速に反転する磁場が金属を貫通する。この磁場が金属内部に渦電流を誘導し、ジュール熱によって金属を加熱する。鉄のような強磁性材料では、金属中の分子磁気双極子の反転を伴う磁気ヒステリシスによっても材料を加熱することができる。渦電流はまた、溶融物の激しい攪拌を引き起こし、良好な混合を保証する。
誘導加熱の利点は、燃焼燃料やその他の外部熱源によって熱を加えるのではなく、炉の装入物自体で熱を発生させることである。これは汚染が懸念される用途では特に重要です。
装入物が溶融すると、磁場と誘導コイル内を流れる電流の相互作用により、溶融金属内に攪拌作用が生じます。この攪拌作用により、溶融金属は中央部で上方に上昇し、表面に特徴的なメニスカスが形成されます。攪拌作用の程度は、印加する電力や周波数、コイルのサイズや形状、溶湯の密度や粘度などの要因に依存する。攪拌作用は合金の混合、旋削材の溶解、炉全体の温度均一性を達成するために重要である。しかし、過度の攪拌はガスピックアップの増加、ライニングの摩耗、合金の酸化につながります。
渦電流や磁性材料の研究に信頼性の高い実験装置をお探しですか？KINTEKにお任せください！KINTEKの高品質な装置は、導電性材料の渦電流や発熱の挙動を正確に測定・分析するように設計されています。研究・実験をより充実させるチャンスをお見逃しなく。KINTEKの最先端実験装置で、あなたの研究を次のレベルに引き上げましょう。
