Токи Фуко

В технике используется индукционный нагрев проводников в переменном магнитном поле высокой частоты. Индукционный нагрев возникает вследствие того, что переменное магнитное поле индуцирует в массивном проводнике индукционные токи — так называемые токи Фуко. Иногда это приводит к нежелательным потерям и разогреву проводника. В таких случаях для уменьшения токов Фуко принимают специальные меры. Например, статоры генераторов переменного тока, сердечники трансформаторов и дросселей (катушек с ферромагнитным сердечником) делают из отдельных изолированных друг от друга пластин.

Индукционный нагрев находит и полезное применение. Существуют высокочастотные индукционные печи для плавки металлов, закалки стали, ковки, штамповки, сварки. На этом же принципе работают микроволновые печи для приготовления пищи.

Электроизмерительные приборы часто снабжаются индукционным успокоителем, представляющим собой алюминиевую или медную пластинку, подвешенную между полюсами магнита наподобие маятника. Пластинка соединена со стрелкой-указателем. При качании пластинки в ней индуцируются токи Фуко, направленные так, что связанное с ним магнитное поле создает по закону Ленца тормозящий момент.

Индуктивность контура. Индуктивность соленоида

Электрический ток, текущий в замкнутом контуре создает вокруг себя магнитное поле, индукция которого в каждой точке пространства по закону Био —Савара — Лапласа пропорциональна току . Поэтому полный магнитный поток (потокосцепление) поля, созданным током в рассматриваемом контуре через этот же контур пропорционален силе тока, и можно написать

, (1)

где коэффициент пропорциональности , называется индуктивностью контура.

Индуктивность зависит от формы и размеров контура, а также от магнитных свойств окружающей среды. Если контур жесткий и поблизости от него нет ферромагнетиков, индуктивность является величиной постоянной, не зависящей от силы тока .

Найдем индуктивность соленоида, пренебрегая краевыми эффектами. Пусть — объем соленоида, — число витков на единицу его длины, — магнитная проницаемость вещества внутри соленоида. При токе магнитное поле в соленоиде . Магнитный поток через один виток соленоида , а полный магнитный поток (потокосцепление), пронизывающий витков , и учитывая, что общее число витков соленоида , запишем

, (2)

где — длина соленоида, — его объем. Приравняв правые части выражений (1) и (2) после сокращения на ток получим индуктивность соленоида

.

Явление самоиндукции. Эдс самоиндукции

Если в некотором контуре течет изменяющийся во времени ток, то магнитное поле этого тока также будет изменяться. Это влечет за собой изменение потока магнитной индукции через этот же контур а, следовательно, и появление в этом контуре ЭДС индукции. Данное явление называется явлением самоиндукции, а возникающую электродвижущую силу, называют ЭДС самоиндукции.

Обозначая ЭДС самоиндукции и применяя закон Фарадея, найдем

.

Если (для катушки без ферромагнитного сердечника это условие обычно выполняется), то

.

Отсюда следует, что зависит от скорости изменения тока в проводнике.

Из этой же формулы введем единицу измерения индуктивности: . В системе СИ индуктивность измеряют в генри (Гн). Индуктивность контура равна 1 Гн, если при скорости изменения силы тока, равной , возникает ЭДС самоиндукции 1 В:

Индуктивность есть мера электрической инертности цепи, мера способности препятствовать всякому изменению тока в нем.

Явление самоиндукции необходимо учитывать в технике. При включении и выключении цепи возникают экстратоки замыкания и размыкания, которые могут привести к возникновению дуговых разрядов. Катушки с большой индуктивностью используются для сглаживания пульсаций тока. Подбирая индуктивность, можно разделить токи высокой и низкой частоты. Явление самоиндукции используется в колебательном контуре, важнейшем элементе любого радиоприемника или радиопередатчика.