Кафедра физики
ЛЕКЦИЯ 7.3
ПЛАН ЛЕКЦИИ
1.Токи Фуко. Скин – эффект.
2.Явление самоиндукции. Индуктивность. ЭДС самоиндукции.
3.Взаимная индукция.
4.Энергия магнитного поля.
Кафедра физики
ТОКИ ФУКО
Индукционные токи могут возбуждаться и в сплошных массивных проводниках. Эти токи замкнуты в толще проводника и имеют вихревой характер. Их называют токами Фуко. Токи Фуко могут достигать очень большой силы.
Токи Фуко по правилу Ленца направлены так, чтобы противодействовать причине, их вызвавшей. Поэтому движущиеся в сильном магнитном поле проводники испытывают сильное торможение из-за взаимодействия токов Фуко с магнитным полем. Это используется для торможения подвижных частей приборов, особенно измерительных.
Массивные проводники могут сильно разогреваться токами Фуко. Это используется для обезгаживания или расплавления металлов в вакууме. Печь для нагрева проводящих тел - индукционная печь. Это катушка, которая питается током высокой частоты большой силы. Проводящее тело помещается внутрь катушки.
Кафедра физики
ТОКИ ФУКО
Часто токи Фуко вредны. Сердечники трансформаторов для уменьшения потерь энергии на нагревание токами Фуко изготавливают из тонких изолированных пластин. Пластины располагаются перпендикулярно направлению токов Фуко. Ферриты - магнитные материалы с большим электрическим сопротивлением. Ферритовые сердечники сплошные.
Кафедра физики
ТОКИ ФУКО
ДЕМОНСТРАЦИИ
Падение тел в неоднородном поле
Падение магнитов в трубках
Демпфирование колебаний маятника
Левитация сплошн ого кольца
Кафедра физики
СКИН-ЭФФЕКТ
Вихревые токи возникают и в проводах с переменным током. Вихревые токи ослабляют ток внутри провода и усиливают у поверхности. В результате переменный ток как бы вытесняется на поверхность проводника. Это скин-эффект или поверхностный эффект. Из-за скин-эффекта внутренняя часть поверхности проводника в высокочастотных цепях бесполезна. Применяют полые проводники.
Опыт скин-эффект в объемном проводнике
Кафедра физики
ЯВЛЕНИЕ САМОИНДУКЦИИ. ИНДУКТИВНОСТЬ
Электромагнитная индукция возникает во всех случаях, когда изменяется магнитный поток через контур. Причина изменения магнитного потока неважна. Если в контуре течет изменяющийся во времени ток, то магнитное поле этого тока также будет изменяться. Это вызывает изменение магнитного потока через контур и появление ЭДС индукции в этом же контуре. Это явление называется самоиндукцией.
Магнитная индукция B пропорциональна силе тока, вызвавшего поле. Электрический ток в контуре создает пронизывающий этот контур магнитный поток.
Следовательно, токФ I в контуре и создаваемый им полный магнитный поток через контур пропорциональны друг другу:
Ф LI
Кафедра физики
ЯВЛЕНИЕ САМОИНДУКЦИИ. ИНДУКТИВНОСТЬ
Ф LI |
Коэффициент пропорциональности |
L между силой |
тока и полным магнитным потоком называется |
||
индуктивностью контура |
|
|
Единица индуктивности - генри (Гн). Индуктивностью 1 Гн обладает контур магнитный поток сквозь который при токе 1 А равен 1 Вб, значит 1 Гн =1 Вб/А.
Пример расчета индуктивности.
Вычислим индуктивность длинного соленоида. При протекании по |
|||
нему тока |
внутри соленоида возбуждается однородное магнитное |
||
поле с индукцией |
I |
||
B l |
0nlI |
||
S |
|||
B n |
|||
|
|||
|
0 |
I |
|
|
|
||
Кафедра физики
ИНДУКТИВНОСТЬ
B 0nI
Вспомним, что произведение nI называется числом ампервитков
соленоида и относится к его характеристикам. Магнитный поток |
|
через каждый из витков равен |
Ф BS , а полный магнитный |
поток, сцепленный с соленоидом, определяется выражением
ФNФnlBSnl
2
0
где l - длина соленоида (очень большая), S- площадь |
|
поперечного сечения, |
n - число витков на единицу длины |
( nl - полное число витков Nсоленоида).
Кафедра физики
ИНДУКТИВНОСТЬ
ФnlS
2
0
Если сопоставить полученную формулу с записанным выше соотношением, устанавливающим связь между током I в контуре и создаваемым этим током полным магнитным потоком через контур
Ф,можноLI получить выражение для индуктивности очень длинного соленоида в виде
2 2
LnlSn
0 0
V lS - объем соленоида
Окончательно получили L n2 0
проницаемостью |
|
2 |
L 0n V |
||
Если соленоид заполнен веществом с магнитной |
|
|
Кафедра физики
ЭДС САМОИНДУКЦИИ
При изменении силы тока в контуре в соответствии с законом |
||||
электромагнитной индукции возникает ЭДС самоиндукции: |
||||
|
Фd |
|
|
|
|
|
|
|
|
E LI |
|
|||
|
B |
|
|
|
|
t dt |
не зависит от силы |
dI |
|
Если индуктивность L |
||||
тока ( L const), то |
|
|
E L |
|
|
|
|
|
dt |
Знак минус показывает, что E всегда стремится воспрепятствовать изменению силы тока (правило Ленца). ЭДС противодействует току, когда он увеличивается и поддерживает ток, когда он уменьшается. В явлениях самоиндукции ток обладает «инерцией», Это напоминает механическую инерцию, которая точно также стремится сохранить скорость тела неизменной.