ВИХРЕВОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

ВИХРЕВОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ


ЭДС индукции возникает либо в неподвижном проводнике, помещенном в изменяющееся во времени поле, либо в проводнике, движущемся в магнитном поле, которое может и не меняться со временем. Значение ЭДС в обоих случаях определяется законом (2.4), но происхождение ЭДС различно. Рассмотрим сначала первый случай. Рассмотрим трансформатор, состоящий из двух катушек, надетых на сердечник (рис. 40). Включив одну из обмоток в сеть переменного тока, мы получим ток в другой обмотке, если она замкнута. Электроны в проводах вторичной обмотки придут в движение. Но какие силы заставляют их двигаться? Само магнитное поле, пронизывающее катушку, этого сделать не может, так как магнитное поле действует исключительно на движущиеся заряды (этим-то оно и отличается от электрического), а проводник с находящимися в нем электронами неподвижен. Кроме магнитного поля, на заряды, причем как на движущиеся, так и на неподвижные, действует еще поле электрическое. Но ведь те поля, о которых пока шла речь (электростатическое или стационарное), создаются электрическими зарядами, а индукционный ток появляется в результате действия переменного магнитного поля. Это заставляет предположить, что электроны в неподвижном проводнике приводятся в движение электрическим полем и это поле непосредственно порождается переменным магнитным полем. Тем самым утверждается новое фундаментальное свойство поля: изменяясь во времени, магнитное поле порождает электрическое поле. К этому выводу впервые пришел Дж. Максвелл. Теперь явление электромагнитной индукции предстает перед нами в новом свете. Главное в нем — это процесс порождения магнитным полем поля электрического. При этом наличие проводящего контура, например катушки, не меняет существа дела. Проводник с запасом свободных электронов (или других частиц) лишь позволяет обнаружить возникающее электТакие токи, называемые токами Фуко по имени исследовавшего их французского физика, можно использовать для нагревания проводников. На этом принципе основано устройство индукционных печей. Особенно широкое применение печи получили для плавки металлов в вакууме, но они с успехом применяются на обычной кухне для приготовления мяса. Однако во многих устройствах возникновение токов Фуко приводит к бесполезным потерям энергии на выделение теплоты. Поэтому железные сердечники трансформаторов, электродвигателей, генераторов и т. д. делают не сплошными, а состоящими из отдельных пластин, изолированных друг от друга. Поверхности пластин должны быть перпендикулярны направлению вектора напряженности вихревого электрического поля. Сопротивление электрическому току пластин будет при этом максимальным, а выделение тепла минимальным. Применение ферритов. Радиоэлектронная аппаратура работает в области очень высоких частот (миллионы колебаний в секунду). Здесь применение сердечников катушек из отдельных пластин уже не дает нужного эффекта, так как большие токи Фуко возникают в каждой пластине. В § 7 отмечалось, что существуют магнитные изоляторы — ферриты. При перемагничивании в ферритах не возникают вихревые токи. В результате потери энергии на выделение теплоты в них сводятся к минимуму. Поэтому из ферритов делают сердечники высокочастотных трансформаторов, магнитные антенны транзисторов и др. Ферритовые сердечники изготовляют из смеси порошков исходных веществ. Смесь прессуется и подвергается значительной термической обработке. Очень существенно, кроме того, что при быстром изменении магнитного поля в обычном ферромагнетике возникают индукционные токи, магнитное поле которых по правилу Ленца препятствует изменению магнитного потока в сердечнике катушки. Из-за этого поток магнитной индукции практически не меняется и сердечник не пере-магничивается. В ферритах вихревые токи очень малы, и поэтому их можно очень быстро перемагничивать. Наряду с потенциальным кулоновским электрическим полем существует вихревое электрическое поле. Линии напряженности этого поля замкнуты. Вихревое поле порождается переменным магнитным полем. "J 1. Какова природа сторонней силы, вызывающей появление индукционного тока в неподвижном проводнике! 2. В чем отличие вихревого электрического поля от электростатического или стационарного! 3. Что такое токи Фуко! 4. В чем состоят преимущества ферритов по сравнению с обычными ферромагнетиками!