Foucault srovių atsiradimo laidžioje (metalinėje) plokštėje, judančioje pastoviame magnetiniame lauke, iliustracija C. Magnetinės indukcijos vektorius B parodyta žaliomis rodyklėmis, vektoriumi V plokštės judėjimo greitis - juodas rodyklės, elektros srovės tankio vektoriaus maitinimo linijos aš- raudonai (šios linijos uždarytos, „sūkurys“).
Šaltinis magnetinis laukas yra nuolatinis magnetas, jo fragmentas parodytas paveikslo viršuje pilka. Magnetinės indukcijos vektorius B nukreipta iš šiaurės ( N) magneto polius, į plokštelę prasiskverbia magnetinis laukas. Po magnetu patenkančioje plokštelinėje medžiagoje, t.y. kairėje magnetinė indukcija laikui bėgant kinta, didėja (d Bn/d t> 0), o pagal Faradėjaus ir Ohmo dėsnius plokštelės medžiagoje atsiranda uždaras (sūkurys) (sukeltas, „sukeltas“). elektros. Ši srovė teka prieš laikrodžio rodyklę ir pagal Ampero dėsnį sukuria savo magnetinį lauką, kurio magnetinės indukcijos vektorius rodo mėlyna rodyklė, nukreipta statmenai srovės tekėjimo plokštumai, aukštyn.
Dešinėje plokštės medžiagoje, tolstant nuo magneto, laikui bėgant keičiasi ir magnetinis laukas, tačiau jis susilpnėja, o dešinėje atsiranda kitos lauko linijos. elektros srovė nukreiptas pagal laikrodžio rodyklę.
Tiksliai po magnetu „kairės“ ir „dešinės“ srovės sūkuriai nukreipti ta pačia kryptimi, bendro tankio elektros srovė maksimalus. Judant šioje srityje elektros krūviai, kurio srautas formuojasi elektros, stipriame magnetiniame lauke Lorenco jėga veikia, nukreipta (pagal kairiosios rankos taisyklę) prieš greičio vektorių V. Ši Lorenco jėga sulėtina plokštelę C. Magneto magnetinio lauko ir indukuotų srovių magnetinio lauko sąveika lemia tai, kad magnetinio lauko srauto pasiskirstymas šalia poliaus N magnetas skiriasi nuo fiksuotos plokštės korpuso C(ir priklauso nuo greičio V), nors bendras magnetinės indukcijos vektoriaus srautas išlieka nepakitęs (su sąlyga, kad magneto ir plokštės medžiaga C neįtrauktas į sodrumą).

Sūkurinės srovės, arba Foucault srovės( garbei J. B. L. Foucault) - sūkurinė indukcijos tūrinė elektros srovė, kylanti elektros laidininkai kai keičiasi laikui bėgant srautas juos veikiantis magnetinis laukas.

Pirmas sūkurinės srovės atrado prancūzų mokslininkas D. F. Arago(1786-1853) 1824 metais variniame diske, esančiame ašyje po besisukančia magnetine adata. Dėl sūkurinės srovės diskas pradėjo suktis. Šis reiškinys, vadinamas Arago fenomenu, buvo paaiškintas po kelerių metų M. Faradėjus jo atrastos teisės požiūriu elektromagnetinė indukcija: Besisukantis magnetinis laukas variniame diske sukelia sūkurines sroves, kurios sąveikauja su magnetine adata. Sūkurinės srovės buvo išsamiai ištirtos prancūzų fizikas Foucault(1819-1868) ir pavadintas jo vardu. Foucault taip pat atrado šildymo fenomeną metaliniai korpusai, sukamas magnetiniame lauke, sūkurinėmis srovėmis.

Veikiant atsiranda Foucault srovės kintančiu laiku(kintamasis) magnetinis laukas ir Autorius fizinė prigimtis nesiskiria nuo indukcinių srovių, atsirandančių laiduose ir antrinėse elektros transformatorių apvijose.

Nes elektrinė varža masyvus laidininkas gali būti mažas, tada Foucault srovių sukeltos indukcinės elektros srovės stipris gali siekti itin didelės vertybės. Pagal Lenzo taisyklė Foucault srovės laidininko tūryje pasirenka tokį kelią, kad maksimaliai atsverstų priežastį, sukeliančią jų srautą. Todėl ypač geri laidininkai, judantys stipriame magnetiniame lauke stiprus stabdymas, kurią sukelia Foucault srovių sąveika su išoriniu magnetiniu lauku. Šis efektas naudojamas slopinimas judamosios galvanometrų, seismografų ir kitų prietaisų dalys nenaudojant trinties, taip pat kai kurių konstrukcijų geležinkelio traukinių stabdžių sistemose.

Taikymas [ | ]

Naudojamas Foucault srovių šiluminis efektas indukcinės krosnys, kur laidus kūnas dedamas į ritę, maitinamą didelės galios aukšto dažnio generatoriaus, kurioje kyla sūkurinės srovės, kaitindamos jį iki ištirpimo. Jie veikia panašiai indukcinės viryklės, kuriame metaliniai indai šildomi sūkurinėmis srovėmis, kurias sukuria viryklės viduje esančios ritės kintamasis magnetinis laukas.

Naudojant Foucault sroves, metalinės vakuuminių įrenginių dalys yra kaitinamos, kad jos būtų išdujintos.

Pagal Lenzo taisyklė Sūkurinės srovės teka laidininko viduje tokiais keliais ir kryptimis, kad jų veikimas galėtų kuo stipriau atsispirti jas sukeliančiai priežasčiai. Dėl to, judant magnetiniame lauke, gerus laidininkus veikia stabdymo jėga, kurią sukelia sūkurinių srovių sąveika su magnetiniu lauku. Šis efektas naudojamas daugelyje prietaisų, siekiant slopinti judančių dalių vibraciją.

Daugeliu atvejų Foucault srovės gali būti nepageidaujamos. Kovai su jais imamasi specialių priemonių: siekiant išvengti energijos nuostolių dėl šerdies šildymo transformatoriai, šios šerdys surenkamos iš plonų plokščių, atskirtų izoliaciniais sluoksniais (laminuotos). Išvaizda

Sūkurinės arba ciklinės srovės žmonėms turi tiek teigiamų, tiek neigiamų reikšmių. Viena vertus, jie sukelia energijos nuostolius masyviame laidininke arba ritėje. Tuo pačiu metu sūkurinės srovės reiškinys gali būti panaudotas naudingai - pavyzdžiui, kuriant indukcines krosnis. Bet pirmiausia pirmiausia.

Sūkurinių srovių atradimas

Sūkurys elektros srovės atrado prancūzų mokslininkas Arago D.F. Mokslininkas eksperimentavo su variniu disku ir adata, kuri buvo įmagnetinta.

Jis sukosi aplink diską, tam tikru metu pradėjo kartoti rodyklės judesius. To meto mokslininkai nerado reiškinio paaiškinimo - šis keistas judėjimas buvo vadinamas „Arago fenomenu“. Paslaptis laukė savo laiko.

Po kelerių metų šiuo klausimu susidomėjo Maxwellas Faradėjus, kuris tuo metu atrado savo garsųjį elektromagnetinės indukcijos dėsnį.

Pagal įstatymą M. Faradėjus iškėlė prielaidą, kad judantis magnetinis laukas turi įtakos vario laidininko atominei metalinei gardelei.

Elektros srovė, atsirandanti dėl nukreipto elektronų judėjimo, visada sukuria magnetinį lauką per visą laidininko perimetrą. Eksperimentinis fizikas Foucault išsamiai aprašė sūkurines sroves, remdamasis Arago ir Faradėjaus darbais, iš kurių jie gavo antrąjį pavadinimą.

Kokia sūkurinių srovių prigimtis?

Uždarosios ciklinės srovės gali atsirasti laidininkuose tais atvejais, kai magnetinis laukas aplink šiuos laidininkus nėra stabilus, tai yra nuolat kintantis laikui bėgant arba dinamiškai besisukantis.

Taigi sūkurinės srovės stiprumas tiesiogiai priklauso nuo kitimo greičio magnetinis srautas pramušęs laidininką. Yra žinoma, kad elektronai laidininke dėl potencialų skirtumų juda tiesiškai, todėl elektros srovė nukreipta tiesiogiai.

Foucault srovės pasireiškia skirtingai ir užsidaro tiesiai laidininko korpuse, sudarydamos į sūkurį panašias ciklines grandines. Jie gali sąveikauti su magnetiniu lauku, dėl kurio jie atsirado. (Figūra 1)

Paveiksle aiškiai matome, kaip mus dominančios srovės didėja didėjant indukcijos lygiui (rodomi taškiniais kreiptuvais) ritės viduryje, kuri yra prijungta prie kintamosios srovės.

Tyrinėdamas Foucault sūkurines sroves, rusų mokslininkas Lencas padarė išvadą, kad nuosavas šių srovių magnetinis laukas neleidžia keistis magnetiniam srautui, kurio priežastis jos yra. Krypties prigimtis elektros laidai sūkurinė elektros srovė sutampa su krypties vektoriumi indukcijos srovė.

Reikšmė ir taikymas

Šiuo metu kūnas juda sukurtuose magnetiniuose laukuose, Foucault srovės sukelia organizmo fizinį sulėtėjimą šiuose laukuose. Šis gebėjimas jau seniai buvo įgyvendintas kuriant buitinį elektros skaitiklį. Esmė ta, kad aliuminio diskas, besisukantis veikiant magnetui, sulėtėja. (2 pav.)

Nuotraukoje parodytas skaitiklio diskas elektros energija, kur vientisa rodyklė rodo paties disko sukimosi kryptį, o taškinės rodyklės rodo sūkurius

Tos pačios sąveikos padėjo įgyvendinti idėją sukurti siurblį išlydytam metalui siurbti. Foucault srovės išprovokuoja odos efekto atsiradimą. Dėl jų veikimo laidininko efektyvumas mažėja, nes laidininko skerspjūvio viduryje srovės faktiškai nėra, tačiau jos periferijoje vyrauja.

Siekiant sumažinti elektros nuostolius, ypač perduodant dideliais atstumais, naudojamas daugiakanalis kabelis, kurio kiekviena šerdis turi savo izoliaciją. Sūkurinės srovės, būtent jų pagrindu sukurtos indukcinės krosnys, plačiai pritaikytos metalurgijoje.

Juos naudoju metalų lydymui, pumpavimui ir paviršiaus grūdinimui. Taip pat sūkurinių srovių savybės yra naudojamos sulėtinti ir sustabdyti metalinį diską indukciniuose stabdžiuose. Šiuolaikiniuose skaičiavimo įrenginiuose ir aparatuose Foucault srovės padeda sulėtinti judančias daleles.

ŠVIETIMO IR MOKSLO MINISTERIJA

RUSIJOS FEDERACIJA

FEDERALINĖS VALSTYBĖS BIUDŽETO AUKŠTOJO PROFESINIO MOKYMO INSTITUCIJA

"KURGANO VALSTYBINIS UNIVERSITETAS"

Anotacija Tema "Fizika" Tema: "Foucault srovės ir jų taikymas"

Baigė: T-10915 grupės mokinys Logunova M.V.

Mokytojas Vorontsovas B.S.

Kurganas 2016 m

3 įvadas

1. Toki Fuko 4

2. Sūkuriai ir odos poveikis 7

3. Praktinis Foucault srovių pritaikymas 8

4. 10 formulių išvedimas

4.1. Sūkurinės srovės stiprumas pagal Ohmo dėsnį 10

4.2. Nuostolių dėl Foucault srovių apskaičiavimo formulės 10

11 išvada

Literatūra 12

Įvadas

Indukcinė srovė gali atsirasti ne tik tiesinėse grandinėse, tai yra laiduose, kurių skersiniai matmenys yra nereikšmingi, palyginti su jų ilgiu. Indukcinė srovė taip pat atsiranda masyviuose laiduose. Šiuo atveju laidininkas neturi būti įtrauktas į uždarą grandinę. Paties laidininko storyje susidaro uždara indukcinės srovės grandinė. Tokios indukuotos srovės vadinamos sūkurys arba srovėsFoucault.

Sūkurinės srovės arba Foucault srovės (J. B. L. Foucault garbei) yra sūkurinės indukcinės srovės, atsirandančios laidininkuose dėl magnetinio lauko, kuriame yra kūnas, laiko pasikeitimo arba dėl kūno judėjimo magnetu. lauke, dėl kurio keičiasi magnetinis srautas per kūną ar bet kurią jo dalį.

Kuo greičiau keičiasi magnetinis srautas, tuo didesnis Foucault srovių dydis.

1. Toki Fuko

Sūkurines sroves pirmasis atrado prancūzų mokslininkas D. F. Arago (1786-1853) 1824 metais variniame diske, esančiame ant ašies po besisukančia magnetine adata. Dėl sūkurinių srovių diskas pradėjo suktis. Šį reiškinį, vadinamą Arago fenomenu, po kelerių metų paaiškino M. Faradai nuo jo atrasto elektromagnetinės indukcijos dėsnio pozicijos: besisukantis magnetinis laukas variniame diske sukelia sūkurines sroves, kurios sąveikauja su magnetine adata. Sūkurines sroves išsamiai ištyrė prancūzų fizikas Foucault (1819-1868) ir pavadino jo vardu. Jis atrado metalinių kūnų, suktų magnetiniame lauke, kaitimo sūkurinėmis srovėmis, reiškinį.

Foucault srovės atsiranda veikiant kintamiesiems elektromagnetinis laukas ir savo fizine prigimtimi jie niekuo nesiskiria nuo indukcinių srovių, kylančių tiesiniuose laiduose.

Tačiau skirtingai nuo elektros srovės laiduose, tekančioje tiksliai apibrėžtais takais, sūkurinės srovės yra uždaromos tiesiai laidžioje masėje, sudarydamos į sūkurį panašias grandines. Šios srovės grandinės sąveikauja su jas sukūrusiu magnetiniu srautu. Masyvaus laidininko elektrinė varža yra maža, todėl Foucault srovės pasiekia labai didelį stiprumą. Pagal Lenco taisyklę sūkurinių srovių magnetinis laukas yra nukreiptas taip, kad būtų neutralizuotas magnetinio srauto pokytis, sukeliantis šias sūkurines sroves.

Pavyzdžiui, jei varinė plokštelė pakreipiama iš pusiausvyros padėties ir atleidžiama taip, kad ji greičiu υ patektų į tarpą tarp magnetinių juostelių, tai plokštelė praktiškai sustos tuo momentu, kai patenka į magnetinį lauką (1 pav.). .

Judėjimo sulėtėjimas yra susijęs su sūkurinių srovių sužadinimu plokštelėje, kurios neleidžia keistis magnetinės indukcijos vektoriaus srautui. Kadangi plokštė turi ribotą varžą, indukcijos srovės palaipsniui išnyksta ir plokštė lėtai juda magnetiniame lauke. Jei elektromagnetas išjungtas, varinė plokštė atliks įprastus švytuoklei būdingus svyravimus.

Sūkurinės srovės taip pat lemia netolygų magnetinio srauto pasiskirstymą per magnetinės šerdies skerspjūvį. Tai paaiškinama tuo, kad magnetinės šerdies skerspjūvio centre sūkurinių srovių, nukreiptų į pagrindinį srautą, įmagnetinimo jėga yra didžiausia, nes šią skerspjūvio dalį dengia didžiausias sūkurių skaičius. srovės grandinės. Šis srauto „poslinkis“ iš vidurinės magnetinės grandinės dalies išreiškiamas staigiau, kuo didesnis kintamosios srovės dažnis ir kuo didesnis feromagneto magnetinis pralaidumas. Esant aukštiems dažniams, srautas praeina tik plonu paviršiniu šerdies sluoksniu. Dėl to sumažėja tariamasis (vidutiniškai per skerspjūvį) magnetinis pralaidumas. Magnetinio srauto, besikeičiančio dideliu dažniu nuo feromagneto, poslinkio reiškinys yra panašus į elektrinį odos efektą ir vadinamas magnetinio odos efektu.

Pagal Džaulio-Lenco dėsnį sūkurinės srovės šildo laidininkus, kuriuose jos kyla. Todėl sūkurinės srovės sukelia energijos nuostolius (sūkurinių srovių nuostolius) magnetinėse grandinėse (transformatorių ir kintamosios srovės ritėse, mašinų magnetinėse grandinėse).

Siekiant sumažinti energijos nuostolius dėl sūkurinių srovių (ir žalingo magnetinių grandinių įkaitimo) ir sumažinti magnetinio srauto iš feromagnetų „poslinkio“ poveikį, mašinų ir kintamosios srovės įtaisų magnetinės grandinės gaminamos ne iš kieto feromagnetinės medžiagos gabalo ( elektrinis plienas), bet iš atskirų plokščių, izoliuotų viena nuo kitos. Šis padalijimas į plokštes, esančias statmenai sūkurinių srovių krypčiai, apriboja galimus sūkurinių srovių takų kontūrus, o tai labai sumažina šių srovių dydį. Esant labai aukštiems dažniams, feromagnetų naudojimas magnetinėms grandinėms yra nepraktiškas; šiais atvejais jie gaminami iš magnetoelektrikų, kuriuose sūkurinės srovės praktiškai nekyla dėl labai didelio šių medžiagų atsparumo.

Kai laidus kūnas juda magnetiniame lauke, sukeltos sūkurinės srovės sukelia pastebimą mechaninę kūno sąveiką su lauku. Šis principas pagrįstas, pavyzdžiui, judančios sistemos stabdymu elektros energijos skaitikliuose, kuriuose aliuminio diskas sukasi nuolatinio magneto lauke. Kintamosios srovės mašinose su besisukančiu lauku dėl jame kylančių sūkurinių srovių laukas nuneša kietą metalinį rotorių. Sūkurinės srovės sąveika su kintamu magnetiniu lauku yra įvairių tipų siurblių, skirtų išlydytam metalui siurbti, pagrindas.

Sūkurinės srovės kyla ir pačiame laidininke, kuriuo jis teka. kintamoji srovė, dėl ko srovė pasiskirsto netolygiai per laidininko skerspjūvį. Didėjančios srovės laidininke momentais indukcinės sūkurinės srovės nukreipiamos į laidininko paviršių išilgai pirminės elektros srovės, o į laidininko ašį - į srovę. Dėl to srovė laidininko viduje sumažės, o paviršiuje padidės. Srovės aukštas dažnis praktiškai patenka į plonas sluoksnisšalia laidininko paviršiaus, bet laidininko viduje nėra srovės. Šis reiškinys vadinamas elektriniu odos efektu. Siekiant sumažinti energijos nuostolius dėl sūkurinių srovių, didelio gabarito kintamosios srovės laidai gaminami iš atskirų gijų, izoliuotų viena nuo kitos.

Į kintamąjį magnetinį lauką pastatykime vielos ritę. Ritė uždaryta, o grandinėje nėra galvanometro, kuris galėtų parodyti, kad mūsų grandinėje yra indukcinė srovė. Tačiau srovę galima aptikti, nes laidininkas įkais, kai srovė praeis per jį. Jei nekeisdami likusių ritės matmenų padidinsime tik laido, iš kurio sudaryta grandinė, storį, tada sukeltas emf($\varepsilon_i\sim \frac(\Delta Ф)(\Delta t)$) nepasikeis, nes magnetinio srauto kitimo greitis išliks toks pat. Tačiau ritės varža ($R\sim \frac(1)(S)$) sumažės. Dėl to indukcijos srovė padidės ($I_i$). Galia, kuri išsiskiria grandinėje šilumos pavidalu, yra tiesiogiai proporcinga $I_i\varepsilon_i$, todėl padidės laidininko temperatūra. Taigi, patirtis rodo, kad metalo gabalas, patekęs į magnetinį lauką, įkaista, o tai rodo indukuotų srovių atsiradimą masyviuose laiduose, kai keičiasi magnetinis srautas. Tokios srovės vadinamos sūkurinėmis arba Foucault srovėmis.

Foucault srovių apibrėžimas

Apibrėžimas

Tokamis Fuko vadinamos sūkurinėmis indukcinėmis tūrinėmis elektros srovėmis, kurios atsiranda laidininkuose, kai laidininkai yra patalpinti į kintamąjį magnetinį lauką.

Foucault srovių savybės

Savo prigimtimi sūkurinės srovės nesiskiria nuo indukcinių srovių, atsirandančių laiduose.

Foucault srovių kryptis ir stiprumas priklauso nuo metalinio laidininko formos, kintamo magnetinio srauto krypties, metalo savybių ir magnetinio srauto kitimo greičio. Foucault srovių pasiskirstymas metale gali būti labai sudėtingas.

Dirigentuose, kurie turi dideli dydžiai indukcinės srovės krypčiai statmena kryptimi sūkurinės srovės gali būti labai didelės, dėl to smarkiai pakyla kūno temperatūra.

Sūkurinių srovių savybės šildyti laidininką naudojamos metalų lydymosi indukcinėse krosnyse.

Foucault srovės, kaip ir kitos indukcijos srovės, paklūsta Lenco taisyklei, tai yra, jos turi tokią kryptį, kad jų sąveika su pirminiu magnetiniu lauku slopina judėjimą, sukeliantį indukciją.

Problemų su sprendimais pavyzdžiai

1 pavyzdys

Pratimas. Kas yra „magnetinis slopinimas“, naudojamas elektriniuose matavimo prietaisuose?

Sprendimas. Apsvarstykite toliau pateiktą eksperimentą. Lengvą magnetinę adatą pakabiname iš siūlo (1 pav.).

Jei ši rodyklė paliekama sau, ji yra pusiausvyros padėtyje, nustatyta kryptimi iš šiaurės į pietus. Kai jis nukrypsta nuo pusiausvyros padėties, jis ilgai svyruos, jei pakabos trintis yra maža. Po rodykle nedideliu atstumu nuo jos pastatykime didelę reikšmingos masės varinę plokštę. Rodyklės svyravimų slopinimas tokiu atveju įvyks labai greitai, padarius vieną ar du siūbavimus rodyklė pasieks pusiausvyros padėtį. Priežastis ta, kad judant magnetinei adatai, variniame laidininke indukuojamos Foucault srovės, kurių sąveika su magnetiniu lauku, pagal Lenco taisyklę, slopina magneto judėjimą. Kinetinė energija, kuris stūmimo momentu buvo perduotas magnetinei adatai, sūkurinių srovių dėka virsta vidinė energija vario, didinant jo temperatūrą. Šis reiškinys vadinamas „magnetiniu tylėjimu“.

2 pavyzdys

Pratimas. Metalinė moneta patenka tarp elektromagneto polių. Pirmą kartą magnetas išjungtas, antrą kartą magnetas įjungtas. Kuriuo atveju moneta kris lėčiau?

Sprendimas. Jei tarp elektromagneto polių yra magnetinis laukas, moneta lėtai kris žemyn, tarsi judėtų klampiame skystyje, o ne viduje. atmosferos oras. Moneta sulėtina jėgų, kurios veikia iš magnetinio lauko į sūkurines sroves, kurias monetoje sukelia, kai ji patenka į magnetinį lauką. Jo judėjimo greitis bus žymiai mažesnis nei išjungus magnetinį lauką.

Atsakymas. Kritimo greitis yra lėtesnis, kai įjungtas magnetas.