Крім потенційного кулонівського електричного, існує вихровий поле, в якому є замкнуті лінії напруженості. Знаючи загальні властивості електричного поля, легше зрозуміти природу вихрового. Воно породжується постійно змінюваних магнітним полем.
Що викликає індукційний струм провідника, що знаходиться в нерухомому стані? Що таке індукція електричного поля? Відповідь на ці питання, а також про відміну вихрового від електростатичного та стаціонарного, токах Фуко, ферритах і іншого ви дізнаєтеся з наступної статті.
Як змінюється магнітний потік
магнітний потік Ф = BSos може змінюватися через контур в двох варіантах: при нерухомому контурі в змінюваному поле і в стані руху в поле, нерухомому або змінюється. Електрорушійна індукційна сила в обох випадках буде підпорядковуватися одному закону, але відбуватися буде по-різному.
Виникнення індукційного струму і сили, які рухають заряд
Спочатку потрібно зрозуміти, як виникає індукційний струм. Для цього круглий виток з дроту кладуть в магнітне однорідне тіло. Якщо індукція в ньому буде збільшуватися, то за нею піде і магнітний потік через поверхню. Слідом за цим виникне струм. якщо індукція магнітного поля змінюватиметься згідно лінійним законом, ток залишиться постійним.
Питання в тому, що за сили починають рухати заряди в витку. Магнітне поле в котушці на це не здатний, тому що воно впливає тільки на рухомі заряди. Але ж провідник в ньому залишається нерухомим!
На заряди впливає електричне поле. Але стаціонарне і електростатичне утворюються зарядами, а індукційний струм - слідом за мінливому магнітним полем!
Логічно було б припустити, що електрони починає рухати електричне поле, породжене в результаті змінюється магнітного поля. Так, фізик Масквелл прийшов до висновку, що магнітне поле з часом зароджує електричне.
Електромагнітна індукція
Тоді електромагнітна індукція показується з іншого боку, де головним властивістю постає породження електричного поля магнітним. Проводить контур тут нічого не змінює. Провідник з вільними електронами стає приладом, дозволяючи виявити з`являється електричне поле, завдяки тому, що воно рухається в провіднику. Електромагнітна індукція провідника, що знаходиться в нерухомому стані, полягає не тільки у виникненні індукційного струму, але і електричного поля, початківця рух електричних зарядів.
Вихровий електричне поле, що з`явилося слідом за магнітним, зовсім іншого роду, ніж електростатичне. Воно не має прямого зв`язку з зарядами, і напруженості на його лініях не починаються і не закінчуються. Це замкнуті лінії, як у магнітного поля. Тому воно і називається вихровий електричне поле.
магнітна індукція
Магнітна індукція буде змінюватися тим швидше, чим більше напруженість. Правило Ленца говорить: при збільшенні магнітної індукції напрям вектора напруженості електрополя створює лівий гвинт з напрямком іншого вектора. Тобто при обертанні лівого гвинта у напрямку з лініями напруженості його поступальне переміщення стане таким же, як і у вектора магнітної індукції.
Якщо ж магнітна індукція буде спадати, то напрямок вектора напруженості створить правий гвинт з напрямком іншого вектора.
Силові лінії напруженості мають той же напрямок, що і індукційний струм. Вихровий електричне поле діє на заряд з тією ж силою, що і до нього. Однак в даному випадку його робота по переміщенню заряду є відмінною від нуля, як в стаціонарному електричному полі. Так як сила і переміщення мають один напрямок, то й робота на всьому протязі шляху по замкнутій лінії напруженості буде колишньою. Робота позитивного одиничного заряду тут буде дорівнює електрорушійної силі індукції в провіднику.
Токи індукції в масивних провідниках
У масивних провідниках індукційні струми отримують максимальні значення. Це відбувається тому, що вони мають малий опір.
Називаються такі струми струмами Фуко (це французький фізик, який досліджував їх). Їх можна застосовувати для зміни температури провідників. Саме цей принцип закладений в індукційних печах, наприклад, побутових СВЧ. Він же застосовується для плавлення металів. Електромагнітна індукція використовується і в металевих детекторах, розташованих в аеровокзалах, театрах та інших громадських місцях зі скупченням великої кількості людей.
Але струми Фуко приводять до втрат енергії для отримання тепла. Тому сердечники трансформаторів, електричних двигунів, генераторів і інших пристроїв з заліза виготовляють не суцільними, а з різних пластин, які один від одного ізольовані. Пластини повинні знаходитися строго в перпендикулярному положенні щодо вектора напруженості, який має вихровий електричне поле. Пластини тоді матимуть максимальний опір току, а тепла буде виділятися мінімальна кількість.
ферити
Радіоапаратура функціонує на найвищих частотах, де число досягає мільйонів коливань в секунду. Котушки сердечників тут не будуть ефективні, так як струми Фуко з`являться в кожній пластині.
Існують ізолятори магнітів під назвою ферити. Вихрові струми в них не з`являться при перемагничивании. Тому втрати енергії для тепла зводяться до мінімальних. З них виготовляють сердечники, що використовуються для високочастотних трансформаторів, транзисторні антени і так далі. Їх отримують з суміші початкових речовин, яку пресують і обробляють термічним шляхом.
Якщо магнітне поле в феромагнетику швидко змінюється, це веде до появи індукційних струмів. Їх магнітне поле буде перешкоджати зміні магнітного потоку в осерді. Тому потік не буде змінюватися, а сердечник - перемагнічуватися. Вихрові струми в ферритах такі малі, що можуть швидко перемагнічуватися.
