33. Вихревые токи. Токи Фуко.

Индукционный ток возникает не только в линейных проводниках, но и в сплошных массивных проводниках, которые помещены в переменное магнитное поле. Оказывается, данные токи замкнуты в толще проводника и поэтому называются вихревыми. Они также имеют название токи Фуко - по имени первого исследователя. Токи Фуко, как и индукционные токи в простых линейных проводниках, имеют направление, которое подчиняется правилу Ленца: их магнитное поле направлено так, чтобы быть препятсвием изменению магнитного потока, который вызывает вихревые токи. Например, если между полюсами невключенного электромагнита массивный медный маятник совершает практически незатухающие колебания (рис. 1), то при включении тока он начинает сильно тормозить и очень быстро останавливается. Этот опыт объясняется тем, что возникшие токи Фуко имеют направление, при котором действующие на них со стороны магнитного поля силы оказывают тормозящее действие на маятник и он быстро останавливается. Этот факт практически применяется для успокоения (демпфирования) подвижных частей различных приборов и механизмов. Если сделать радиальные вырезы в описанном маятнике, то вихревые токи ослабляются и торможение почти отсутствует. Помимо торможения, вихревые токи вызывают нагревание проводников. Поэтому для уменьшения потерь на нагревание якоря генераторов сердечники трансформаторов изготавливают не сплошными, а из тонких пластин, которые отделены одна от другой слоями изолятора, и устанавливают их таким образом, чтобы вихревые токи были направлены поперек пластин. Теплота Джоуля-Ленца, которая выделяеется токами Фуко, используется в индукционных металлургических печах. Индукционная печь представляет собой тигель, который помещаем внутрь катушки, в которой течет ток высокой частоты. В металле происходит появление интенсивных вихревых токов, которые способны разогреть его до температуры плавления. Этот способ дает возможность плавить металлы в вакууме, в результате чего получаются сверхчистые материалы. Возникновение вихревых токов происходит и в проводах, по которым течет переменный ток. Направление этих токов можно найти по правилу Ленца. На рис. 2а дано направление вихревых токов при увеличении первичного тока в проводнике, а на рис. 2б — при его уменьшении. В обоих случаях направление вихревых токов таково, что они оказывают противодействие изменению первичного тока внутри проводника и способствуют его изменению вблизи поверхности. Значит, вследствие появления вихревых токов быстропеременный ток распределяется по сечению провода неравномерно — он как бы вытесняется на поверхность проводника. Это явление стало называться скин-эффектом (от англ. skin — кожа) или поверхностного эффекта. Так как токи высокой частоты практически проходят в тонком поверхностном слое, то провода для них делаются полыми. Если сплошные проводники нагревать токами высокой частоты, то в результате скин-эффекта происходит нагревание только их поверхностного слоя. На этом основан метод поверхностной закалки металлов. Меняя частоту поля, он позволяет осуществлять закалку на любой требуемой глубине.