Ich habe einen biomedizinischen Hintergrund, der sich hauptsächlich auf Induktoren als Element eines transkraniellen Magnetstimulators konzentriert hat. Diese Methode funktioniert so, dass eine Kupferspule elektrische Stromimpulse empfängt, die ein sich änderndes Magnetfeld erzeugen. Dieses sich ändernde Magnetfeld eignet sich hervorragend, um am Schädel vorbei und in das Gehirn zu gelangen, wo es einen elektrischen Strom in umgekehrter Richtung erzeugt, der zur Behandlung verschiedener Krankheiten und Leiden verwendet wird. Wir nennen diese Spulen weder "Induktoren" noch nennen wir diese neuralen Stimulationen "Wirbelströme". Aber so kennst du sie wahrscheinlich.
Ich weiß, dass Induktoren normalerweise Ferromagnete als Kern verwenden, weil sie einen viel höheren Sättigungsgrad als andere Materialien haben, was zu einer höheren Induktivität führt. Allerdings habe ich gerade gelesen, dass es für die Magnetstimulation besser ist, Ferrimagnete zu verwenden, weil sie nicht leitend sind. Das Buch impliziert, dass Wirbelströme, die im Kern eines leitfähigen Ferromagneten erzeugt werden, den induzierten elektrischen Strom im Gehirn schwächen würden. Ist das wirklich wahr? Das ist nur Energieerhaltung, denke ich? Das Buch scheint davon auszugehen, dass sich zwischen der Kupferspule und dem leitenden ferromagnetischen Zentrum eine Isolierschicht befindet.
Angenommen, Sie haben einen Kupferdraht, der in ein ferromagnetisches Material eingetaucht ist - keine Isolierung zwischen dem Draht und dem Material. Gilt das gleiche Ergebnis? Liegt es daran, dass Ferromagnete relativ zu Kupfer isolierend sind, was bedeutet, dass sie nicht viel Strom vom tatsächlichen Impuls aufnehmen, sondern nur die Wirbelströme aufnehmen?
Nun zu meiner eigentlichen Frage. Stellen Sie sich vor, Sie hätten ein magisches Material, das gleichmäßig leitfähig und gleichmäßig ferrimagnetisch wäre. Kein leitfähiger Draht in einer magnetischen Substanz, sondern ein gleichmäßig leitfähiges und magnetisierbares Material, das meiner Meinung nach auch wie Kupfer hoch leitfähig war. Wie würde sich hier die Induktivität bzw. der induzierte Strom ändern?
Ferrite sind nichtleitende ferrimagnetische Materialien mit hoher Permeabilität und hohem Widerstand; Das macht sie sehr gut als Kern eines Induktors, wenn Sie Verluste durch Wirbelströme (Leitung im Kern) minimieren möchten.
Große Transformatoren können laminierte ferromagnetische Metalle (Leiter) verwenden - Sie möchten die Metalle verwenden, weil sie billig sind, Sie laminieren (dh teilen sie in dünne Metallbleche, die elektrisch voneinander isoliert sind), um Wirbelströme zu unterbrechen / verhindern, dass große Stromschleifen fließen. Dies trägt dazu bei, Verluste im Kern zu reduzieren und macht somit den Transformator/Induktor effizienter.
Nun zu meiner eigentlichen Frage. Stellen Sie sich vor, Sie hätten ein magisches Material, das gleichmäßig leitfähig und gleichmäßig ferrimagnetisch wäre. Kein leitfähiger Draht in einer magnetischen Substanz, sondern ein gleichmäßig leitfähiges und magnetisierbares Material, das meiner Meinung nach auch wie Kupfer hoch leitfähig war. Wie würde sich hier die Induktivität bzw. der induzierte Strom ändern?
Ein leitender Kern erzeugt Verluste (Wärme) und verringert die Flussverknüpfung (Lenzsches Gesetz: Der Strom fließt, um dem sich ändernden Fluss entgegenzuwirken). Bei einem perfekten (Supra-)Leiter ist dieser Effekt so, dass kein magnetischer Fluss im Inneren vorhanden ist (bis zu gewissen Sättigungseffekten). Ob dieses Material ferri- oder ferromagnetisch ist, ändert nichts am Ergebnis: Wenn es sich um einen perfekten Leiter handelt, gibt es im Inneren keine Flussänderung.
Ich weiß, dass Induktoren normalerweise Ferromagnete als Kern verwenden, weil sie einen viel höheren Sättigungsgrad als andere Materialien haben, was zu einer höheren Induktivität führt. Allerdings habe ich gerade gelesen, dass es für die Magnetstimulation besser ist, Ferrimagnete zu verwenden, weil sie nicht leitend sind. Das Buch impliziert, dass Wirbelströme, die im Kern eines leitfähigen Ferromagneten erzeugt werden, den induzierten elektrischen Strom im Gehirn schwächen würden. Ist das wirklich wahr? Das ist nur Energieerhaltung, denke ich? Das Buch scheint davon auszugehen, dass sich zwischen der Kupferspule und dem leitenden ferromagnetischen Zentrum eine Isolierschicht befindet.
Wirbelströme sind Schleifen von "lokalisierten" Strömen, die in einem Leiter erzeugt werden und aufgrund eines sich ändernden magnetischen Flusses entstehen. Diese Stromschleifen wählen die Stromrichtung (im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn) so, dass sie der Ursache des Wirbelstroms entgegenwirkt.
Dieses Video zeigt, wie das magnetische Brechen funktioniert, das auf dem gleichen Prinzip basiert. https://www.youtube.com/watch?v=otu-KV3iH_I
Am Ende des Videos zeigt der Autor des Videos ein Video aus dem MIT-Labor. Wenn eine perforierte Kupferplatte verwendet wird, ist das magnetische Brechen nicht effizient. Das Lochblech hat viele Lücken zwischen den leitenden Teilen. Dies ermöglicht keine effiziente Zirkulation von Wirbelströmen. Die Verwendung eines nicht leitenden oder schlecht leitenden Materials als Kern entfernt/reduziert die Auswirkungen von Wirbelströmen.
Wir können davon ausgehen, dass ein Gehirn wie ein Induktor funktioniert. In Verbindung mit Ihrem Induktor verhalten sie sich daher etwas wie ein Transformator, dh: Induzieren von Strömen in der Sekundärspule (Gehirn) unter Verwendung des sich ändernden Flusses der Primärspule (Ihres Induktors).
Wirbelströme sind lästig: Sie erzeugen Wärme, die Energieverschwendung ist, und sie erzeugen entgegengesetzte Magnetfelder/Fluss. Eine Möglichkeit, ihre Wirkung zu verringern, besteht darin, wie in Ihrem Lehrbuch angegeben, ein schlecht leitendes Material mit hoher Anfälligkeit (z. B. Ferrit) zu verwenden.
Eine andere Möglichkeit, Wirbelströme zu reduzieren, besteht darin, den Kern in dünne Blätter zu brechen und zwischen jedem ein Laminierblatt zu platzieren. Die Funktion des Abdeckens des gesamten Kerns mit einer Isolierfolie (wie Sie sagten) besteht jedoch wahrscheinlich darin, einen elektrischen Kontakt zwischen der Spule und dem Kern zu verhindern.
Angenommen, Sie haben einen Kupferdraht, der in ein ferromagnetisches Material eingetaucht ist - keine Isolierung zwischen dem Draht und dem Material. Gilt das gleiche Ergebnis? Liegt es daran, dass Ferromagnete relativ zu Kupfer isolierend sind, was bedeutet, dass sie nicht viel Strom vom tatsächlichen Impuls aufnehmen, sondern nur die Wirbelströme aufnehmen?
Ferromagnete haben nichts mit elektrischer Leitfähigkeit zu tun. Sie sind nur eine Klasse von magnetischen Materialien.
Nun zu meiner eigentlichen Frage. Stellen Sie sich vor, Sie hätten ein magisches Material, das gleichmäßig leitfähig und gleichmäßig ferrimagnetisch wäre. Kein leitfähiger Draht in einer magnetischen Substanz, sondern ein gleichmäßig leitfähiges und magnetisierbares Material, das meiner Meinung nach auch wie Kupfer hoch leitfähig war. Wie würde sich hier die Induktivität bzw. der induzierte Strom ändern?
Je leitfähiger der Kern ist, desto stärker werden die Wirbelströme. Dadurch wird die Nettoflussverbindung zwischen Ihrem Induktor und dem Gehirn verringert.
Jaschas