39, Электродвижущая сила индукции

Возьмем контур с подвижной перемычкой длины l (рис. 8.2а). Поместим его в однородное магнитное поле, перпендикулярное к плоскости контура и направленное за чертеж. Приведем перемычку в движение со скоростью v C той же скоростью станут перемещаться относительно поля и носителя тока в перемычке — электроны. В ре­зультате на каждый электрон начнет действовать напра­вленная вдоль перемычки магнитная сила

Действие этой силы эквивалентно действию на электрон электрического поля напряженности

Это поле неэлектростатического происхождения. Его цир­куляция по контуру дает величину ЭДС, индуцируемой в контуре:

Чтобы по знаку  можно было судить о направлении, в котором действует ЭДС, будем считать  положительной

в том случае, когда ее направление образует с направле­нием нормали к контуру правовинтовую систему. Выберем нормаль так, как показано на рис. 8.2. Тогда при вычислении циркуляции нужно обходить контур по часовой стрелке и соответственно выбирать направление векторов dI. Если вынести в (8.2) постоянный вектор [vB] за знак интеграла, получим

приложенных ко всем электронам, содержащимся в пере­мычке. За счет работы этой силы и будет возникать энер­гия, выделяемая в контуре индуцированным током.

Рассмотренное нами объяснение возникновения ЭДС индукции относится к случаю, когда магнитное поле по­стоянно, а изменяется геометрия контура. Однако маг­нитный поток через контур может изменяться также за счет изменения В. В этом случае объяснение возникно­вения ЭДС оказывается в принципе другим. Изменяюще­еся со временем магнитное поле порождает вихревое элек­трическое поле Е. Под действием поля Е носители тока в проводнике прихо­дят в движение — возникает индуцированный ток. Единицей магнитной индукции в СИ служит вебер (Вб).

Пусть контур, в котором индуцируется ЭДС, состоит не из одного витка, а из N витков, например представляет собой соленоид. Поскольку витки соединяются последова­тельно,  будет равна сумме ЭДС, индуцируемых в каждом из витков в отдельности:

называют потокосцеплением или полным маг­нитным потоком. Ее измеряют в тех же единицах, что и Ф. Если поток, пронизывающий каждый из витков, одинаков, то

ЭДС, индуцируемая в сложном контуре) определяется фор­мулой

41, Токи Фуко

Индукционные токи могут возбуждаться и в сплош­ных массивных проводниках. В этом случае их называют токами Фуко или вихревыми токами. Элек­трическое сопротивление массивного проводника мало, по­этому токи Фуко могут достигать очень большой силы.

В соответствии с правилом Ленца токи Фуко выби­рают внутри проводника такие пути и направления, чтобы своим действием возможно сильнее противиться причине, которая их вызывает. Поэтому движущиеся в сильном магнитном поле хорошие проводники испытывают силь­ное торможение, обусловленное взаимодействием токов Фуко с магнитным полем. Этим пользуются для демпфи­рования (успокоения) подвижных частей гальванометров, сейсмографов и других приборов. На подвижной части прибора укрепляется проводящая (например, алюмини­евая) пластинка в виде сектора (рис. 8.6), которая вводится в зазор между полюсами силь­ного 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 совершенно не пре­пятствует точному приходу системы в положение равновесия.

Тепловое действие токов Фуко используется в индук­ционных печах. Такая печь представляет собой катушку, питаемую высокочастотным током большой силы. Если поместить внутрь катушки проводящее тело, в нем воз­никнут интенсивные вихревые токи, которые могут разо­греть тело до плавления. Таким способом осуществляют плавление металлов в вакууме, что позволяет получать ма­териалы исключительно высокой чистоты.

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

Во многих случаях токи Фуко бывают нежелательными, и приходится принимать для борьбы с ними специальные меры. Так, например, чтобы предотвратить потери энер­гии на нагревание токами Фуко сердечников трансформа­торов, эти сердечники набирают из тонких пластин, раз­деленных изолирующими прослойками. Пластины распо­лагаются так, чтобы возможные направления токов Фуко были к ним перпендикулярными. Появление ферритов (полупроводниковых магнитных материалов с большим Электрическим сопротивлением) сделало возможных из­готовление сердечников сплошными. . Токи Фуко, возникающие в проводах, по которым текут переменные токи, направлены так, что ослабляют ток внутри провода и усиливают вблизи поверхности. В ре­зультате быстропеременный ток оказывается распределен­ным по сечению провода неравномерно — он как бы вы­тесняется на поверхность проводника. Это явление на­зывается скин-эффектом (от английского skin —кожа) или поверхностным эффектом. Из-за скин-эффекта внутренняя часть проводников в высокочастот­ных цепях оказывается бесполезной. Поэтому в высокоча­стотных цепях применяют проводники в виде трубок.