Следствия и примеры применения закона электромагнитной индукции

1. Токи Фуко (вихревые токи в массивных проводниках).

При изменении магнитного потока в сплошном проводнике (например, в сердечнике соленоида, по обмотке которого течет переменный ток) возникают вихревые индукционные токи, нагревающие проводник – их называют токами Фукó.

Токи Фуко используются в индукционных металлургических печах для прокаливания и плавления металлов, в индукционных электроплитах.

Если нагревание нежелательно (сердечников соленоидов, трансформаторов), то сердечник изготавливают из тонких изолированных друг от друга листов или стержней. Индукционные токи сильно уменьшаются (в каждом листе за счет уменьшения площади поперечного сечения магнитный поток и ЭДС индукции уменьшаются, а сопротивление - увеличивается).

Демонстрация. Магнитное торможение. Маятник из сплошной проводящей пластины качается между полюсами электромагнита. При включении тока через обмотку электромагнита маятник быстро тормозится из-за взаимодействия токов Фуко с магнитным полем.

Это еще раз демонстрирует действие правила Ленца: индукционный ток противодействует причине, его вызвавшей.

Если сплошную пластину заменить пластиной с прорезями, торможение уменьшается.

2. Скин-эффект.

При постоянном токе плотность тока одинакова во всех точках цилиндрического проводника.

При протекании переменного тока плотность тока максимальна в поверхностном слое проводника и минимальна на оси – ток как бы вытесняется на поверхность проводника.

Ток высокой частоты (порядка МГц) полностью вытесняется на поверхность – толщина скин-слоя порядка 0,1 – 0,2 мм.

Объяснение скин-эффекта.

Переменное магнитное поле в проводнике порождает вихревое электрическое поле и вихревые индукционные токи. Вблизи оси провода индукционный ток направлен противоположно основному току I и ослабляет его, а около поверхности – усиливает, как видно из рисунка.

3. Генератор переменного тока.

Самое важное практическое применение закона электромагнитной индукции – возможность преобразования механической энергии в электрическую и получение переменной ЭДС.

При вращении рамки с угловой скоростью в магнитном поле В в ней возникает индукционный ток. Поток через рамку площади S, содержащую N витков, равен . ЭДС индукции

.

Вращение рамки требует затраты механической работы, т.к. взаимодействие индукционного тока с магнитным полем, согласно правилу Ленца, тормозит вращение.

Демонстрация. Действующая модель электрогенератора.