כיצד פועל גלאי מתכות?
30/06/2011

מבוסס על: 

Metal detector, Wikipedia
Eddy Current, Wikipedia
 

כולנו מכירים את גלאי המתכות המשמש לאיתור כלי נשק, לגילוי ממצאים ארכיאולוגיים, לאיתור מתכות יקרות וגם לאיתור שיירי מתכות במזון. למעשה, גלאי המתכת הראשונים פותחו בשנות השישים של המאה העשרים ויועדו בעיקר לשימוש במכרות. ישנם סוגים שונים של גלאי מתכות: החל בגלאים ידניים פשוטים וכלה בכאלו הבנויים בצורת שערים. כיצד הם פועלים?

גלאי המתכות הפשוט ביותר הוא גלאי המורכב משני סלילים. אופן הפעולה שלו נקרא
Very low frequency (VLF)- תדר נמוך מאד. כידוע מחוק לורנץ,  זרם חשמלי גורם לשדה מגנטי. אם הזרם משתנה עם הזמן, השדה המגנטי שייווצר ישתנה עם הזמן, גם כן. אם כן, בסליל אחד עובר זרם חילופין היוצר שדה מגנטי משתנה (נקרא לו "השדה המקורי"). אם ישנה פיסת מתכת (כמו מטבע) בקרבת הסליל, יושרו במתכת (המטבע) "זרמי מערבולת" (ראו מסגרת) בגלל השדה המקורי. "זרמי מערבולת" אלו יצרו שדה מגנטי חלש נוסף. סליל נוסף שמבודד מהשדה המגנטי המקורי קולט את השדה המגנטי הנוסף הנוצר כתוצאה מפיסת המתכת הנמצאת באזור.  בסליל זה ייווצרו זרמים בתדירות השדה הנוסף. זרמים אלו גורמים לסגירה של מעגל הגברת קול, ולכן נשמע צפצוף.

זרמי מערבולת ("זרמי אדי") הם זרמים שנוצרים במוליך (בעיקר על שפתו) כאשר המוליך נחשף לשדה מגנטי משתנה. הדבר נגרם משום שאז נוצר כא"מ מושרה לפי חוק פארדיי האומר ש:

 

כאשר ε הוא הכא"מ המושרה הנוצר, ו-ΦB הוא השטף המגנטי (השדה המגנטי שעובר דרך שטח מסוים). הכא"מ המושרה יוצר אם כן זרמים חשמליים. לפי חוק לנץ, זרמים אלו יוצרים שדה מגנטי שמתנגד לשדה שיצר אותם ("השדה המקורי"), אם השדה המקורי גדל. אבל אם השדה המקורי הולך וקטן, זרמי המערבולת שייווצרו יצרו שדה מגנטי בכיוון השדה המקורי, כדי להגדילו.  השם "זרמי מערבולת" מקורו בהקבלה לזרם הנראה במים כאשר הם גוררים משוט לרוחבו: אזורים מקומיים של מערבולות הנקראים באנגלית "אדי" (מערבולת) גורמים למערבולות. בהקבלה מסוימת – לזרמי מערבולת לוקח זמן מסוים להיווצר, והם יכולים להתקיים למשך זמן קצר בתוך המוליך.

 

להדגמת עקרון הפעולה לחצו כאן