Реферат Токи Фуко ННГУ РФФ

Министерство образования и науки Российской Федерации ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Н.И.ЛОБАЧЕВСКОГО»

Нижний Новгород

Радиофизический факультет

РЕФЕРАТ

По дисциплине: Физика

Тема: Токи Фуко

Выполнила:

Студентка 2-ого курса

дневного отделения

группы №424

Сластникова Александра Дмитриевна

Нижний Новгород 2013

Сущность явления

Индукционный ток может возникать не только в линейных контурах, то есть в проводниках, поперечные размеры которых пренебрежимо малы по сравнению с их длиной. Индукционный ток возникает и в массивных проводниках. В этом случае проводник не обязательно включать в замкнутую цепь. Замкнутая цепь индукционного тока образуется в толще самого проводника. Такие индукционные токи называются вихревыми или токами Фуко.

Вихревые токи или токи Фуко́ (в честь Ж. Б. Л. Фуко) — вихревые индукционные токи, возникающие в проводниках при изменении пронизывающего их магнитного потока.

Впервые вихревые токи были обнаружены французским учёным Д.Ф Араго (1786—1853) в 1824 г. в медном диске, расположенном на оси под вращающейся магнитной стрелкой. За счёт вихревых токов диск приходил во вращение. Это явление, названное явлением Араго, было объяснено несколько лет спустя M. Фарадеем с позиций открытого им закона электромагнитной индукции: вращаемое магнитное поле наводит в медном диске токи (вихревые), которые взаимодействуют с магнитной стрелкой. Вихревые токи были подробно исследованы французским физиком Фуко (1819—1868) и названы его именем. Он открыл явление нагревания металлических тел, вращаемых в магнитном поле, вихревыми токами.

Токи Фуко возникают под воздействием переменного электромагнитного поля и по физической природе ничем не отличаются от индукционных токов, возникающих в линейных проводах. Они вихревые, замкнуты в кольца. Электрическое сопротивление массивного проводника мало, поэтому токи Фуко достигают очень большой силы. В соответствии с правилом Ленца они выбирают внутри проводника такое направление и путь, чтобы противиться причине, вызывающей их. Поэтому движущиеся в сильном магнитном поле хорошие проводники испытывают сильное торможение, обусловленное взаимодействием токов Фуко с магнитным полем. Это свойство используется для демпфирования подвижных частей гальванометров, сейсмографов и др.

Рассмотрим массивный металлический сердечник. Вокруг его имеется обмотка, по которой протекает переменный ток I. Этот ток создает переменное магнитное поле с индукцией В направленной перпендикулярно плоскости чертежа. Допустим, что в некоторый момент времени вектор В направлен за чертеж. Тогда в сердечнике возникает индукционный ток, расположенный в плоскости перпендикулярной B и направленный, как показано на рисунке.

Величина вихревых токов тем больше, чем меньше сопротивление проводника и чем больше скорость изменения магнитного потока, т. е. пропорциональна частоте изменения магнитного поля (частоте переменного тока, который создает магнитное поле). Вихревые токи вызывают сильное нагревание проводников.

Q ~ I² I ~ Q ~²

Это явление используется для индукционной плавки металлов в вакууме (индукционные печи) и для прогрева металлических частей в вакууме в целях их дегазации.

Токи Фуко могут возникать и в самом проводнике, по которому течет переменный ток.

Рассмотрим цилиндрический проводник, по которому течет переменный ток. В обоих случаях (т. е. при убывании и возрастании тока) вихревые токи направлены таким образом, что они противодействуют изменению основного тока внутри проводника и способствуют его изменению вблизи поверхности. Следовательно для переменного тока. сопротивление внутренних частей проводника во много раз больше, чем внешних. Поэтому плотность переменного тока неодинакова по сечению. Она максимальная на поверхности проводника, и минимальная на его оси. Это явление называют поверхностным эффектом, или скин-эффектом. Переменные токи высокой частоты проходят только по очень тонкому поверхностному слою проводника. Внутренняя часть оказывается излишней. Поэтому для таких токов применяются проводники трубчатой формы (волноводы).

При нагреве сплошных проводников токами высокой частоты, в результате скин-эффекта, почти все тепло выделяется в поверхностном слое. Это используется для поверхностной закалки металлов.

Применение

Де́мпфер (нем. Dämpfer — глушитель, амортизатор от dämpfen — заглушать) — устройство для гашения (демпфирования) колебаний или предотвращения механических колебаний, возникающих в машинах и приборах при их работе.

Тепловое действие токов Фуко используется в индукционных печах — в катушку, питаемую высокочастотным генератором большой мощности, помещают проводящее тело, в нем возникают вихревые токи, разогревающие его до плавления.

С помощью токов Фуко осуществляется прогрев металлических частей вакуумных установок для их дегазации.

Во многих случаях токи Фуко могут быть нежелательными. Для борьбы с ними принимаются специальные меры: с целью предотвращения потерь энергии на нагревание сердечников трансформаторов, эти сердечники набирают из тонких пластин, разделённых изолирующими прослойками. Появление ферритов сделало возможным изготовление этих проводников сплошными. Ферриты – полупроводниковые ферромагнитные материалы с удельным сопротивлением в 10⁶ раз больше удельного сопротивления магнитных металлических веществ (комплексные металлические оксиды типа MeO*Fe₂O₃).