กระแสเอ็ดดี้

คำอธิบาย

แม่เหล็กจะเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสเป็นวงกลมบนแผ่นโลหะที่กำลังเคลื่อนที่ผ่านตัวมัน ดูแผนภาพที่ด้านขวา มันแสดงให้เห็นแผ่นโลหะ (C) ที่กำลังเคลื่อนที่ไปทางขวาใต้แม่เหล็กที่ติดอยู่กับที่ สนามแม่เหล็ก (B, green arrows) ของขั้วเหนือ N ของแม่เหล็กจะผ่านลงทะลุแผ่นโลหะ เนื่องจากแผ่นโลหะกำลังเคลื่อนที่ ฟลักซ์แม่เหล็ก ที่ผ่านแผ่นโลหะจะมีการเปลี่ยนแปลง ที่ส่วนของแผ่นภายใต้ขอบนำของแม่เหล็ก (ด้านซ้าย) สนามแม่เหล็กที่ผ่านแผ่นจะเพิ่มขึ้นเมื่อมันเข้าใกล้แม่เหล็กมากขึ้น \scriptstyle {dB \over dt}\;>\;0 จาก กฎของการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์ สิ่งนี้จะสร้าง สนามไฟฟ้า เป็นรูปวงกลมในแผ่นโลหะในทิศทางทวนเข็มนาฬิการอบเส้นสนามแม่เหล็ก สนามไฟฟ้านี้จะก่อให้เกิดการไหลของกระแสไฟฟ้า (I, red) ในทิศทางทวนเข็มนาฬิกาในแผ่นโลหะ นี่คือกระแสเอ็ดดี้ ที่ขอบตามของแม่เหล็ก (ด้านขวา) สนามแม่เหล็กที่ผ่านแผ่นจะลดลง \scriptstyle {dB \over dt}\;<\;0 เป็นการเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสเอ็ดดี้วงที่สองในทิศทางตามเข็มนาฬิกาในแผ่นโลหะ
อีกวิธีหนึ่งที่จะเข้าใจในกระแสก็คือการที่จะเห็นว่า พาหะของประจุไฟฟ้า อิสระ (อิเล็กตรอน) ในแผ่นโลหะกำลังจะย้ายไปทางขวา ดังนั้นสนามแม่เหล็กจะออกแรงด้านข้างกับอิเล็กตรอนเนื่องจาก แรงลอเรนซ์ เนื่องจากความเร็ว v ของประจุไปทางขวาและสนามแม่เหล็ก B ชี้ลงด้านล่าง จาก กฎมือข้างขวา แรงลอเรนซ์บนประจุบวก F = Q(v × B) ไปทางด้านหลัง นี้ทำให้เกิดกระแส I ไปทางด้านหลังใต้แม่เหล็กซึ่งเป็นวงรอบผ่านส่วนของแผ่นนอกสนามแม่เหล็ก ตามเข็มนาฬิกาไปทางขวาและทวนเข็มนาฬิกาไปทางซ้าย ไปด้านหน้าของแม่เหล็กอีกครั้ง พาหะของประจุไฟฟ้า ที่เคลื่อนที่ได้ในแผ่นโลหะ, อิเล็กตรอน, จริง ๆ แล้วมีประจุลบ (q < 0) ดังนั้นการเคลื่อนไหวของอิเล็กตรอนจะไปในทิศทางตรงข้ามกับ กระแสตามความธรรมเนียมปฏิบัติ (อังกฤษ: conventional current) ตามที่แสดง
เนื่องจาก กฎวงจรของแอมแปร์ แต่ละกระแสรูปวงกลมเหล่านี้จะสร้างสนามแม่เหล็กที่มีทิศทางตรงกันข้าม (blue arrows) ซึ่งเนื่องจาก กฎของเลนซ์ สนามนี้จะต่อต้านการเปลี่ยนแปลงในสนามแม่เหล็กที่สร้างมันขึ้นมา เป็นการสร้างแรงหน่วงขึ้นบนแผ่น. ที่ขอบนำของแม่เหล็ก (ด้านซ้าย) กระแสทวนเข็มนาฬิกาจะสร้างสนามแม่เหล็กที่ชี้ขึ้นข้างบนโดย กฎมือขวา ต้านกับสนามของแม่เหล็ก ก่อให้เกิดแรงผลักระหว่างแผ่นและขอบนำของแม่เหล็ก ในทางตรงกันข้าม ที่ขอบท้าย (ด้านขวา), กระแสตามเข็มนาฬิกาจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่ชี้ลงข้างล่างในทิศทางเดียวกับสนามของแม่เหล็ก ช่วยสร้างแรงดึงดูดระหว่างแผ่นและขอบท้ายของแม่เหล็ก ทั้งสองแรงเหล่านี้จะต่อต้านการเคลื่อนที่ของแผ่น แต่ พลังงานจลน์ ของแผ่นจะสามารถเอาชนะแรงหน่วงนี้ กระแสเอ็ดดี้ที่ไหลผ่าน ความต้านทาน ของโลหะทำให้เกิดความร้อน ดังนั้นแผ่นโลหะจะอุ่นขึ้นภายใต้แม่เหล็ก
กระแสเอ็ดดี้ในตัวนำไฟฟ้าที่มี ความต้านทาน ไม่เท่ากับศูนย์จะสร้างความร้อนได้รวมทั้งแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ความร้อนดังกล่าวสามารถนำไปใช้เป็น ความร้อนเหนี่ยวนำ แรงแม่เหล็กไฟฟ้าก็สามารถนำไปใช้สำหรับการยก, การสร้างการเคลื่อนไหว, หรือสร้างแรง เบรก ให้แข็งแกร่ง กระแสเอ็ดดี้ยังสามารถสร้างผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์ เช่นการสูญเสียกำลังใน หม้อแปลง ในการนำไปประยุกต์ใช้ลักษณะนี้กระแสเอ็ดดี้สามารถถูกทำให้น้อยลงได้ด้วยแผ่นบาง ๆ หรือโดยการเคลือบตัวนำหรือใช้ตัวนำที่มีรูปร่างอื่น
กระแสเอ็ดดี้สามารถเกิดขึ้นเองได้ และมันจะสร้าง skin effect ขึ้นในตัวนำไฟฟ้า  skin effect สามารถใช้สำหรับการทดสอบแบบไม่ทำลายของวัสดุเพื่อหาคุณลักษณะของรูปทรงเรขาคณิต เช่นรอยแตกขนาดเล็ก ผลกระทบจากกระแสเอ็ดดี้ที่คล้ายกันก็คือ proximity effect, ซึ่งเกิดจากกระแสเอ็ดดี้ที่มีการเหนี่ยวนำจากภายนอก
วัตถุหรือส่วนหนึ่งของวัตถุอาจประสบกับความรุนแรงและทิศทางของสนามอย่างต่อเนื่องในบริเวณที่ยังคงมีการเคลื่อนไหวสัมพันธ์ของสนามและวัตถุ (เช่นอยู่ในใจกลางของสนามในแผนภาพ) หรือสนามที่ไม่ต่อเนื่องในบริเวณที่กระแสไม่สามารถไหลเวียนได้เนื่องจากการเป็นรูปทรงเรขาคณิตของตัวนำ ในสถานการณ์เหล่านี้ประจุไฟฟ้าจะสะสมบนหรือภายในวัตถุจากนั้นประจุเหล่านี้จะผลิตศักย์ไฟฟ้าสถิตที่ต่อต้านกระแสที่เกิดเพิ่มเติมใด ๆ ในตอนแรกกระแสอาจจะมาพร้อมกับการสร้างศักย์ไฟฟ้าสถิต แต่กระแสเหล่านี้อาจจะชั่วคราวและมีขนาดเล็ก
กระแสเอ็ดดี้สร้างความสูญเสียจากความต้านทาน (อังกฤษ: resistive loss) ที่สามารถเปลี่ยนบางรูปแบบของพลังงานได้ เช่นเปลี่ยนพลังงานจลน์ให้เป็นพลังงานความร้อนที่เรียกว่า ความร้อนของจูล ความร้อนนี้จะลดประสิทธิภาพของหม้อแปลงที่มีแกนกลางเป็นเหล็กและ มอเตอร์ไฟฟ้า และอุปกรณ์อื่น ๆ ที่ใช้การเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก กระแสเอ็ดดี้จะลดลงได้ในอุปกรณ์เหล่านี้โดยเลือกวัสดุ แกนแม่เหล็ก ที่มีการนำไฟฟ้าต่ำ (เช่น เฟอร์ไรท์) หรือโดยการใช้แผ่นบาง ๆ ของวัสดุแม่เหล็กที่เรียกว่า laminations อิเล็กตรอนจะไม่สามารถข้ามช่องว่างระหว่างฉนวนของวัสดุเคลือบและก็ไม่สามารถที่จะไหลเวียนในส่วนโค้งกว้าง ประจุจะสะสมกันที่ขอบของวัสดุเคลือบในขั้นตอนที่คล้ายกับ Hall Effect ที่ผลิตสนามไฟฟ้าที่ต่อต้านการสะสมเพิ่มเติมใด ๆ ของประจุ และด้วยเหตุนี้กระแสเอ็ดดี้จึงถูกปราบปราม ระยะห่างระหว่างวัสดุเคลือบที่อยู่ติดกันยิ่งใกล้เท่าไร (เช่นจำนวนของวัสดุเคลือบต่อหน่วยพื้นที่ตั้งฉากกับสนามที่จ่ายให้ยิ่งมากเท่าไร) การปราบปรามของกระแสเอ็ดดี้ยิ่งทำได้มากเท่านั้น
อย่างไรก็ตาม การแปลงพลังงานอินพุทให้เป็นความร้อนไม่ได้เป็นที่พึงประสงค์เสมอไป อย่างที่มีการนำไปใช้กับงานจริงบางงาน งานหนึ่งในนั้นคือการนำไปใช้เป็นเบรกของรถไฟบางขบวนที่เรียกว่า เบรกด้วยกระแสเอ็ดดี้ ระหว่างการเบรก, ล้อโลหะจะต้านกับสนามแม่เหล็กจากแม่เหล็กไฟฟ้า, เป็นการสร้างกระแสเอ็ดดี้ในวงล้อ กระแสเอ็ดดี้นี้ก่อตัวขึ้นจากการเคลื่อนไหวของล้อ ดังนั้น ตามกฎของเลนซ์ สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจากกระแสเอ็ดดี้จะต่อต้านกับสนามที่สร้างมันขี้นมา ดังนั้นล้อจะเผชิญกับแรงต่อต้านการเคลื่อนไหวเริ่มต้นของวงล้อ ยิ่งล้อหมุนเร็วเท่าไร ผลกระทบจะยิ่งแรงขึ้น หมายความว่าในขณะที่รถไฟวิ่งช้าลง แรงเบรกก็จะลดลงด้วย เป็นการสร้างการหยุดที่นิ่มนวล
ความร้อนจากการเหนี่ยวนำ เป็นการใช้กระแสเอ็ดดี้เพื่อให้ความร้อนกับวัตถุที่เป็นโลหะ

เบรกแม่เหล็กไฟฟ้า

บทความหลัก: เบรกด้วยกระแสเอ็ดดี้
กระแสเอ็ดดี้ถูกนำไปใช้ในการเบรก; เนื่องจากไม่มีการติดต่อกับผ้าเบรกหรือจานเบรก จึงไม่มีการสึกหรอของกลไก อย่างไรก็ตามเบรกด้วยกระแสเอ็ดดี้ไม่สามารถ "รักษา" แรงบิดเอาไว้ได้นาน ดังนั้นมันจึงอาจจะใช้ร่วมกับระบบเบรกแบบกลไกธรรมดาได้ เช่นบนรถเครนเหนือหัว การประยุกต์ใช้อีกอย่างก็คือในรถไฟเหาะบางชนิด ที่แผ่นทองแดงหนักที่ยื่นออกมาจากตัวรถจะถูกเคลื่อนที่ระหว่างคู่ของแม่เหล็กถาวรที่มีสนามแข็งแกร่งมาก ความต้านทานไฟฟ้า ภายในของแผ่นทองแดงทำให้เกิดแรงหน่วงคล้ายกับเป็นแรงเสียดทาน ซึ่งกระจายพลังงานจลน์ของรถ เทคนิคเดียวกันนี้จะใช้ในเบรกแม่เหล็กไฟฟ้าในรถยนต์ที่วิ่งบนรางและเพื่อหยุดได้อย่างรวดเร็วของใบมีดในเครื่องมือไฟฟ้าเช่นเลื่อยวงกลม โดยใช้แม่เหล็กไฟฟ้าเมื่อตรงข้ามกับแม่เหล็กถาวร, ความแข็งแรงของสนามแม่เหล็กสามารถปรับเปลี่ยนได้และขนาดของกระแสเอ็ดดี้ก็สามารถเปลี่ยนแปลงได้

แรงผลักและแรงยก

บทความหลัก: การแขวนลอยด้วยไฟฟ้าพลศาสตร์
ในสนามแม่เหล็กที่แปรผัน กระแสเหนี่ยวนำจะแสดงออกถึงแรงผลักเหมือนแม่เหล็กสองขั้ว วัตถุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าจะประสบกับแรงผลัก แรงผลักนี้สามารถยกวัตถ​​ุต้านแรงโน้มถ่วงแม้ว่าจะมีกำลังไฟฟ้​​าใส่ให้อย่างต่อเนื่องเพื่อที่จะแทนที่พลังงานที่กระจายไปด้วยกระแสเอ็ดดี้ ตัวอย่างการประยุกต์ใช้คือการแยก กระป๋องอลูมิเนียม ออกจากโลหะอื่น ๆ ใน ตัวแยกด้วยกระแสเอ็ดดี้ โลหะที่มีส่วนผสมของเหล็กจะยึดติดกับแม่เหล็ก และอลูมิเนียม (และตัวนำไม่ใช่เหล็กอื่น ๆ) จะถูกบังคับให้ออกไปไกลจากแม่เหล็ก; นี้สามารถแยกน้ำเสียให้เป็นเศษโลหะที่มีเหล็กและอโลหะ
ด้วยแม่เหล็กที่แข็งแกร่งมากแบบที่มีด้ามจับ เช่นพวกที่ทำจาก นีโอดิเมียม เราสามารถสังเกตผลที่คล้ายกันมากโดยการกวาดแม่เหล็กอย่างรวดเร็วเหนือเหรียญที่วางแยกกันเพียงเล็กน้อย ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความแข็งแรงของแม่เหล็ก เอกลักษณ์ของเหรียญและการแยกระหว่างแม่เหล็กกับเหรียญ เราอาจเหนี่ยวนำเหรียญให้ถูกผลักดันไปอยู่หน้าของแม่เหล็กเล็กน้อย - แม้ว่าเหรียญจะไม่มีองค์ประกอบของแม่เหล็กก็ตามเช่นเหรียญเพนนีของสหรัฐ อีกตัวอย่างหนึ่งจะเกี่ยวข้องกับการหย่อนแม่เหล็กที่แข็งแกร่งลงท่อทองแดง - แม่เหล็กจะตกลงช้ากว่าอย่างมาก
ในตัวนำที่ไม่มี ความต้านทานไฟฟ้า (ตัวนำยิ่งยวด) กระแสเอ็ดดี้ที่พื้นผิวจะกกหักล้างกับสนามภายในตัวนำ ดังนั้นมันจึงไม่มีสนามแม่เหล็กแทรกซึมเข้าไปในตัวนำ เนื่องจากไม่มีพลังงานจะสูญเสียไปในความต้านทาน กระแสเอ็ดดี้ที่ถูกสร้างขึ้นเมื่อแม่เหล็กถูกนำมาอยู่ใกล้ตัวนำจะยังคงมีอยู่แม้ว่าหลังจากแม่เหล็กอยู่นิ่ง ๆ และสามารถรักษาความสมดุลของแรงโน้มถ่วงได้จริง ที่ช่วยให้เกิด การลอยด้วยแม่เหล็ก ตัวนำยิ่งยวดยังแสดงปรากฏการณ์ควอนตัมโดยเนื้อแท้แยกจากกันอีกด้วยที่เรียกว่า Meissner effect ในปรากฏการณ์นี้เส้นสนามแม่เหล็กใด ๆ ที่ปรากฏอยู่ในวัสดุเมื่อวัสดุกลายเป็นตัวนำยิ่งยวด เส้นสนามแม่เหล็กจะถูกผลักออก ดังนั้นสนามแม่เหล็กในตัวนำยิ่งยวดจึงเป็นศูนย์เสมอ
โดยใช้ แม่เหล็กไฟฟ้า ที่มีสวิทชิ่งแบบอิเล็กทรอนิกส์เทียบได้กับ การควบคุมความเร็วด้วยอิเล็กทรอนิกส์ มันเป็นไปได้ในการสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เคลื่อนไหวได้ในทุกทิศทาง ตามที่ได้อธิบายไว้ในส่วนข้างบนเกี่ยวกับเบรกด้วยกระแสเอ็ดดี้ พื้นผิวตัวนำที่ไม่ใช่พวก ferromagnetic มีแนวโน้มที่จะอยู่เฉย ๆ ภายในสนามที่เคลื่อนไหวนี้ เมื่อสนามนี้มีการเคลื่อนไหวอย่างไรก็ตาม ยานพาหนะสามารถลอยและถูกขับเคลื่อนได้ นี่เทียบได้กับ Maglev แต่ไม่ได้ผูกติดกับราง

ผลกระทบของแรงดูด

ในรูปทรงเรขาคณิตบางอย่าง แรงโดยรวมของกระแสเอ็ดดี้สามารถดึงดูดได้ในจุดที่เส้นฟลักซ์วิ่งผ่าน 90 องศากับพื้นผิว กระแสที่เหนี่ยวนำในตัวนำที่อยู่ใกล้เคียงทำให้เกิดแรงที่ผลักดันตัวนำไปหาแม่เหล็กไฟฟ้า

การระบุตัวตนของโลหะ

ใน เครื่องจำหน่าย แบบหยอดเหรียญ, กระแสเอ็ดดี้ถูกนำมาใช้ในการตรวจสอบเหรียญปลอม เหรียญจะไหลผ่านแม่เหล็กอยู่กับที่ และกระแสเอ็ดดี้จะชะลอความเร็ว ความแข็งแกร่งของกระแสเอ็ดดี้ ซึ่งเป็นแรงต้าน ขึ้นอยู่กับการนำไฟฟ้าของเหรียญโลหะ เหรียญปลอมจะชะลอตัวลงในระดับที่แตกต่างจากเหรียญแท้ และนี้จะใช้ในการส่งพวกมันลงในช่องกำจัดออก

การตรวจจับการสั่นสะเทือนและตำแหน่ง

กระแสเอ็ดดี้จะถูกใช้ในบางประเภทของ ตัวรับรู้สิ่งใกล้เคียง (อังกฤษ: proximity sensor) เพื่อสังเกตการสั่นสะเทือนและตำแหน่งของแบริ่งภายในเพลาหมุนของพวกมัน เทคโนโลยีนี้แต่เดิมถูกบุกเบิกในช่วงทศวรรษที่ 1930 โดยนักวิจัยที่บริษัท General Electric โดยใช้วงจรหลอดสูญญากาศ ในช่วงปลายทศวรรษที่ 1950 เวอร์ชั่นที่เป็นโซลิดเสตทได้รับการพัฒนาโดยนาย Donald E. Bently ที่ Bently Nevada คอร์ปอเรชั่น ตัวตรวจจับเหล่านี้มีความไวเป็นอย่างมากต่อการขยับเขยื้อนขนาดเล็กมากทำให้พวกมันเหมาะมากในการสังเกตการสั่นสะเทือนขนาดเล็ก (ขนาดหนึ่งในพันของนิ้ว) ใน turbomachinery สมัยใหม่ เซ็นเซอร์ความใกล้ชิดทั่วไปจะถูกใช้สำหรับการเฝ้าดูการสั่นสะเทือนที่มีขนาด 200 mV/mil การใช้อย่างแพร่หลายของเซ็นเซอร์ดังกล่าวใน turbomachinery ได้นำไปสู่​​การพัฒนามาตรฐานอุตสาหกรรมที่กำหนดประโยชน์และการประยุกต์ใช้ของพวกมัน ตัวอย่างของมาตรฐานดังกล่าวคือมาตรฐาน 670 ของ สถาบันปิโตรเลียมอเมริกัน (API) และมาตรฐาน 7919 ของ ISO
ตัวรับรู้การเร่งความเร็วของรถเฟอร์รารี่ที่เรียกว่า Ferraris sensor เป็นเซ็นเซอร์แบบไร้จุดสัมผัสที่ใช้กระแสเอ็ดดี้ในการวัดอัตราเร่งสัมพันธ์

การทดสอบโครงสร้าง

เทคนิคที่ใช้กระแสเอ็ดดี้มักใช้สำหรับ การตรวจสอบแบบไม่ทำลาย (อังกฤษ: nondestructive examination (NDE)) และการเฝ้าดูสภาพของโครงสร้างโลหะที่หลากหลาย รวมทั้งท่อ แลกเปลี่ยนความร้อน ลำตัวเครื่องบินและส่วนประกอบโครงสร้างของเครื่องบิน

ผลข้างเคียง

กระแสเอ็ดดี้เป็นสาเหตุรากของ skin effect ในตัวนำไฟฟ้าที่กระแส AC ไหลผ่าน
ในทำนองเดียวกันในวัสดุแม่เหล็กที่มีการนำไฟฟ้าที่แน่นอน กระแสเอ็ดดี้ทำให้เกิดการคุมขังของสนามแม่เหล็กส่วนใหญ่ไว้ในความลึกเพียงแค่พื้นผิวของวัสดุ ผลกระทบนี้จะจำกัด ฟลักซ์เชื่อมโยง ใน ตัวเหนี่ยวนำ และ หม้อแปลง ที่มี แกนแม่เหล็ก