ФИЗИКА

3.7.1. Явление электромагнитной индукции

Это явление заключается в том, что изменение потока магнитной индукции через поверхность, ограниченную проводящим контуром, сопровождается возникновением в контуре электрического тока, называемого индукционным.

Обнаруженное Фарадеем в 1831 г. явление свидетельствует о том, что при изменениях магнитного потока в контуре возникает электродвижущая сила индукции . Как показали опыты, эта э.д.с. не зависит от способа, которым осуществляется изменение магнитного потока Ф, и определяется только скоростью изменения Ф, т.е. значением . При изменении знака направление также меняется.

Поясним сказанное следующим примером (рис. 3.7.1). Текущий в контуре 1 ток создаёт магнитное поле, пронизывающее контур 2. Если увеличивать ток , магнитный поток Ф через контур 2 будет расти. Это приведёт к возникновению в контуре 2 индукционного тока , регистрируемого гальванометром G. Уменьшение тока обусловит убывание магнитного потока через второй контур, что приведёт к появлению в нём индукционного тока иного направления, чем в первом случае. Индукционный ток можно вызвать также, приближая контур 2 к контуру 1 или удаляя второй контур от первого. В обоих случаях направления возникающего тока противоположны. Наконец, электромагнитную индукцию можно вызвать, не перемещая контур 2 поступательно, а, поворачивая его так, чтобы изменялся угол между нормалью к контуру и направлением поля.

Контур 1 можно заменить постоянным магнитом. При приближении или удалении магнита в контуре 2 будет наблюдаться возникновение индукционного тока.

Ленц установил правило, позволяющее найти направление индукционного тока. Согласно этому правилу: индукционный ток всегда направлен так, чтобы противодействовать причине его вызывающей. Если, например, изменение Ф вызвано перемещением контура 2, то возникает индукционный ток такого направления, что сила взаимодействия с первым контуром противится движению контура. При приближении контура 2 к контуру 1 (рис. 3.7.1) возникает ток , магнитный момент которого направлен противоположно полю тока (угол α между векторами и равен π). Следовательно, на контур 2 будет действовать сила, отталкивающая его от контура 1 (3.5.57). При удалении контура 2 от контура 1 возникает ток , момент которого совпадает по направлению с полем тока , так что сила, действующая на контур 2, направлена к контуру 1.

Пусть оба контура неподвижны и ток в контуре 2 индуцируется путём изменения тока в контуре 1. В этом случае возникает ток такого направления, что создаваемый им собственный магнитный поток стремится ослабить изменение внешнего потока, приведшие к появлению индукционного тока. При увеличении , т.е. возрастании внешнего магнитного потока, направленного вправо, возникает ток , создающий поток, направленный влево. При уменьшении возникает ток , собственный магнитный поток которого направлен так же, как и внешний поток, и, следовательно, стремится поддержать внешний поток неизменным.

Индукционные токи могут возбуждаться и в сплошных массивных проводниках. В этом случае они называются токами Фуко или вихревыми токами. Электрическое сопротивление массивного проводника мало, поэтому токи Фуко могут достигать очень больших значений.

В соответствии с правилом Ленца токи Фуко выбирают внутри проводника такие пути и направления, что своим действием возможно сильнее противятся причине, которая их вызывает. Поэтому движущиеся в магнитном поле хорошие проводники испытывают торможение, обусловленное взаимодействием токов Фуко с магнитным полем. Этим пользуются для демпфирования (успокоения) подвижных приборов. На подвижной части прибора укрепляется проводящая (например, алюминиевая) пластинка в виде сектора (рис. 3.7.2), которая вводится в зазор между полюсами постоянного магнита. При движении пластинки в ней возникают токи Фуко, вызывающие торможение системы. Преимущество такого устройства состоит в том, что торможение возникает лишь при движении пластинки и исчезает, когда пластинка неподвижна. Поэтому электромагнитный успокоитель не припятствует точному приходу системы в положение равновесия.

Тепловое действие токов Фуко используется в индукционных печах. Такая печь представляет собой катушку, питаемую высокочастотным током большой величины. Если поместить внутрь катушки проводящее тело, в нём возникнут вихревые токи, которые могут разогреть тело до плавления.

С помощью токов Фуко осуществляется также прогрев внутренних металлических частей вакуумных установок для их обезгаживания.

Во многих случаях токи Фуко являются нежелательными. Так, чтобы предотвратить потери энергии на нагревание токами Фуко сердечников трансформаторов, их набирают из тонких пластин, разделённых изолирующими прослойками. Пластины располагаются так, чтобы возможные направления токов Фуко были к ним перпендикулярными.

к к к