Вихревые токи (токи Фуко)

 

Индукционный ток возникает не только в линейных проводниках, но и в массивных сплошных проводниках, помещенных в магнитное поле. Эти токи оказываются замкнутыми в толще проводника и поэтому называются вихре­выми. Их также называют токами Фуко - по имени первого исследова­теля.

Токи Фуко, как и индукционные токи в линейных проводниках, подчиня­ются правилу Ленца: их магнитное поле направлено так, чтобы противодейст-вовать изменению магнитного потока, индуцирующего вихревые токи. Напри­мер, если между полюсами невключенного электромагнита массивный медный маятник совершает практически незатухающие колебания (рис. 51), то при включении тока он испытывает сильное торможение и очень быстро останав­ливается. Это объясняется тем, что возникшие токи Фуко имеют такое направ­ление, что действующие на них со стороны магнитного поля силы тормозят движение маятника. Этот факт используется для успокоения (демпфирования) подвижных частей различных приборов. Если в описанном маятнике сделать радиальные вырезы, то вихревые токи ослабляются, и торможение почти отсут­ствует.

Рис. 51

Вихревые токи вызывают нагревание проводников. Поэтому для уменьше­ния потерь на нагревание якоря генераторов сердечники трансформаторов де­лают не сплошными, а изготовляют из гонких пластин, отделенных одна от другой слоями изолятора, и устанавливают так, чтобы вихревые токи были направлены поперек пластин. Джоулева теплота, выделяемая токами Фуко, ис­пользуется в индукционных металлургических печах. Индукционная печь представляет собой тигель, помещаемый внутрь катушки, в которой пропуска­ется ток

высокой частоты. В металле возникают интенсивные вихревые токи, способные разогреть его до плавления. Такой способ позволяет плавить метал­лы в вакууме, в результате чего получаются сверхчистые материалы.

Вихревые токи возникают и в проводах, по которым течет переменный ток. Направление этих токов можно определить по правилу Ленца. На рис.52,а показано направление вихревых токов при возрастании первичного тока в про­воднике, а на рис.52,б - при его убывании. В обоих случаях направление вихре­вых токов таково, что они противодействуют изменению первичного тока внутри проводника и способствуют его изменению вблизи поверхности. Таким образом, вследствие возникновения вихревых токов быстропеременный ток оказывается распределенным по сечению провода неравномерно - он как бы вытесняется на поверхность проводника. Это явление получило название скин-эффекта или поверхностного эффекта. Так как токи высо­кой частоты практически текут в тонком поверхностном слое, то провода для них делаются полыми.

>0 <0

а б

Рис. 52

Если сплошные проводники нагреть током высокой частоты, то в резуль­тате скин-эффекта происходит нагревание только их поверхностного слоя. На этом основан метод поверхностной закалки металлов. Меняя частоту поля, он позволяет производить закалку на любой требуемой глубине.