§ 5.6. Индукционные токи в массивных проводниках

Перейдем к различным частным случаям электромагнитной индукции. Рассмотрим возникновение индукционных токов в массивных проводниках.

Сопротивление массивных проводников мало, поэтому возбуждаемая в них ЭДС индукции способна создать вихревые токи очень большой силы. Эти токи, называемые токами Фуко по имени исследовавшего их французского физика, можно использовать для нагревания проводников. На этом принципе основано устройство индукционных электропечей. Особенно широкое применение эти печи получили для плавки металлов в вакууме, когда другие методы практически непригодны. Созданы индукционные кухонные печи для приготовления и разогревания пищи.

Однако во многих распространенных электротехнических устройствах возникновение токов Фуко приводит к бесполезным потерям энергии на выделение тепла. Поэтому железные сердечники трансформаторов, электродвигателей и т. д. делают не сплошными, а состоящими из отдельных пластин, изолированных друг от друга (рис. 5.11). Причем поверхности пластин должны быть перпендикулярны направлению вектора напряженности вихревого электрического поля. Сопротивление пластин электрическому току будет при этом максимальным.

Любопытные явления возникают при взаимодействии токов Фуко с породившим их магнитным полем. На рисунке 5.12 изображен массивный медный маятник, колеблющийся между полюсами сильного электромагнита. При приближении маятника к зазору магнита в нем возникает индукционный ток, который, согласно правилу Ленца, имеет такое направление, что созданное им поле направлено против поля магнита.

токи Фуко

В результате происходит торможение маятника. При выходе маятника из зазора магнита поток магнитной индукции, пронизывающий маятник, уменьшается и (согласно правилу Ленца) возникает притяжение маятника к магниту, и он опять тормозится. В результате маятник быстро останавливается, хотя без магнита его колебания могли бы продолжаться довольно долго.

Этот эффект используют для быстрого успокоения колебаний стрелок измерительных приборов. Для этого на оси стрелки прибора закрепляют алюминиевую пластинку, движущуюся в зазоре постоянного магнита.

Если вместо массивного маятника взять гребенку с зубьями, перпендикулярными линиям индукции поля магнита, то быстрого затухания колебаний не произойдет, так как вихревые токи в маятнике из-за промежутков между зубцами уже не могут достигать больших значений.

Особенно эффектен опыт В. К. Аркадьева. Над свинцовой чашей, находящейся в сверхпроводящем состоянии, помещают небольшой магнит. И он не падает на дно! Магнит «парит» над чашей. Происходит это по следующей причине. При движении магнита вниз он наводит в стенках чаши индукционный ток, магнитное поле которого отталкивает магнит (правило Ленца). И этот ток не затухает, так как чаша сверхпроводящая. В результате магнит «парит» над чашей сколь угодно долго.

Индукционные токи в массивных проводниках используют для нагревания проводящих тел в индукционных печах. С другой стороны, во многих электротехнических устройствах эти токи приводят к бесполезным потерям энергии на выделение тепла.

Почему магнитная стрелка, подвешенная над медным диском, начинает поворачиваться вслед за диском, если диск привести во вращение?