33. Токи Фуко. Скин-эффект и его использование в технике.

Если неподвижный замкнутый проводник находится в нестационарном магнитном поле с магнитной индукцией , то изменение магнитного потока через его поверхность происходит с течением времени и .

Возникновение индукционного тока означает, что, в этом случае, внутри проводника возникает электрическое поле, действием которого обусловлено направленное движение зарядов.

Впервые к такому выводу пришел Дж.Максвелл, который предположил, что нестационарное магнитное поле порождает переменное вихревое электрическое поле, под действием которого возникает индукционный ток. Напряженность поля сторонних сил, в этом случае, и есть напряженность возникшего вихревого электрического поля.

Закон электромагнитной индукции: - в интегральной и дифференциальной форме .

Физический смысл последнего выражения в том, что «вихри» переменного электрического поля охватывают вектор скорости изменения магнитной индукции в соответствии с правилом «левого» винта.

Вихревое электрическое поле всегда возникает в пространстве, в котором существует нестационарное магнитное поле. Замкнутый проводник с возникающим индукционным током играет роль зонда, позволяющего обнаружить вихревое электрическое поле.

Скин-эффект

Есть толстый проводник конечных размеров. При прохождении тока через проводник одинакова ли плотность тока по всему сечению? Зависит ли плотность от частоты? На сколько поле (переменное магнитное) проникает в глубину проводника в зависимости от частоты поля?

Рассмотрим нити плотности тока в зависимости от . Плотность тока распространяется неравномерно из-за индукционного взаимодействия элементов тока. Получается такой эффект, что вблизи поверхности индукционное поле сонаправлено с полем тока , а ближе к оси - направлено. Переменный ток сосредоточен вблизи поверхности проводника – это скин-эффект. Толщина скин-поля зависит от частоты:

.

При достаточно высокой ток течет вблизи поверхности тонким слоем, следовательно при высоких внутреннюю часть проводника можно убирать. При частоте 50 Гц ток незначительно меняется при приближении к оси. Толщина скин-слоя совпадает глубиной проникновения поля в проводнике.

Объяснение эффекта: энергия движется в пространстве вокруг проводника. Часть этой энергии проникает через поверхность проводника внутрь, чтобы поддерживать упорядоченное движение электронов, и она превращается в кинетическую энергию электронов.

34. Контактные явления. Законы Вольта. Контактная разность потенциалов.

Вольт расположил вещества в таком порядке, что любой предыдущий с последующим имел отрицательную разность потенциалов. Данная разность потенциалов – контактная. А этот ряд называется Ряд Вольта.

Пример: Al, Zn, Sn…

1-ый закон Вольта: контактная разность потенциалов зависит от химического состава контактирующих веществ и их температур. Концентрация электронов в разных металлах разная. Работа выхода – энергия, необходимая, чтобы электрон покинул металл. У разных металлов она разная.

;

- разность потенциалов, которую необходимо преодолеть электрону.

- кинетическая энергия электрона в металле (энергия Ферми). Каждого металла своя работа выхода (порядок – несколько ).

,-концентрация электронов в металле.

Контактная разность потенциалов возникает из-за влияния этих двух величин, но влияние рассмотрим по отдельности.

1 ). Пусть ,. Рассмотрим границу раздела:

;

;

2 ). ;;

Рассмотрим электронный газ справа и слева от контактной зоны.

, так как концентрации различные, то следовательно и давления различны.

;

;

;

;

;

;

;

2-ой закон Вольта: для нескольких контактных веществ контактная разность определяется первым и последним потенциалом.

Пример: .

Откуда вытекает, что при образовании кольца – тока внутри возникнуть не может (да и не должен:).