Токи Фуко

В массивных проводниках, помещенных в изменяющееся магнитное поле, создаваемое им вихревое электрическое поле приводит в движение носители тока. Это движение происходит вдоль замкнутых силовых ли­ний вихревого электрического поля. Так в объеме проводника возникают вихревые токи, называемые токами Фуко.

При движении массивного проводника в неоднородном магнитном по­ле в нем также возникают токи Фуко. При этом на проводник действуют силы Ампера, которые тормозят его движение, так как согласно пра­вилу Ленца индукционные токи направлены так, чтобы препятствовать причине их вызывающей. Этот эффект используют в технике для успо­коения (демпфирования) подвижных частей измерительных приборов.

Тепловое действие токов Фуко используют для нагревания проводя­щих веществ в так называемых индукционных печах. Основным эле­ментом такой печи является проволочная катушка, через которую про­пускают переменный электрический ток высокой частоты w. Сила тока изменяется со временем по закону

I = I_m cos(wt +a).

Этот ток создает внутри катушки переменное магнитное поле, которое в свою очередь создает вихревое электрическое поле. В силу закона элек­тромагнитной индукции (8.32) напряженность Е вихревого электриче­ского поля будет изменяться со временем следующим образом:

E = E _т sin(wt + a).

Причем амплитуда колебаний напряженности будет пропорциональна частоте ш. Если поместить в вихревое электрическое поле проводящее тело, то в нем возникают токи Фуко, способные нагреть тело до высоких температур. Согласно закону Ома амплитуда силы токов Фуко пропор­циональна амплитуде колебаний напряженности электрического поля и, также как она, пропорциональна частоте w. По закону Джоуля - Ленца количество тепла

(1/2) R I²

которое выделяется в проводнике за единицу времени вследствие про­текания по нему токов Фуко, будет пропорционально квадрату частоты w тока в катушке. Наиболее эффективно индукционная печь работает, когда по катушке протекает ток сверхвысокой частоты (СВЧ).

Во многих случаях нагревание проводников токами Фуко оказывается нежелательным явлением. Например, токи Фуко возникают в сердечни­ках трансформаторов. Для уменьшения нагревания сердечники собира­ют из тонких пластин, разделенных слоями изолятора. Причем пласти­ны располагают параллельно силовым линиям магнитного поля. При этом силовые линии вихревого электрического поля будут пересекать пластины сердечника под некоторыми углами. В таком случае замкну­тые линии токов Фуко будут иметь размеры не более толщины пластин.

Дата добавления: 2014-01-11