Распределения токов Фуко обладают некоторыми универсальными свойствами, одним из них является "вытеснение" токов Фуко (и сопряжённых с ними полей) из толщи проводника и их локализация в приповерхностном слое (скин-слое), характерная толщина которого δ связана с угловой частотой гармонического процесса ω (для достаточно малых ω) соотношением
где μ - коэффициент магнитной проницаемости материала проводника,
σ - проводимость среды,
μ0 - магнитная проницаемость эфира,
α - безразмерный коэффициент порядка единицы, зависящий от формы
поверхности проводника (для плоской границы α = 1) (подробнее см.
Скин-эффект ).
"Вытеснение" токов Фуко приводит к уменьшению эффективного сечения магнито- и электропроводов, особенно в диапазоне высоких частот. Так, для медных проводников и частоты 50 Гц толщина скин-слоя d = 1,4 мм, а в УКВ-диапазоне (30 МГц) d = 0,01 мм.
Примерами полезных приложений скин-эффекта и теплового воздействия токов Фуко являются поверхностная закалка стальных деталей токами высокой частоты, очистка полупроводниковых материалов методом зонной плавки, приготовление пищи в магнетронных СВЧ-печах и т. д.
Значительное число технических устройств, машин и приборов основано на действии сил Ампера (см. Ампера закон) на токи Фуко. Если вдоль поверхности металлического тела в скин-слое возбуждена бегущая волна Фуко токов, то на них действует сила, увлекающая тело в направлении распространения волны. Величина силы зависит от скорости тела u. Сначала сила нарастает с ростом u, достигает максимума, а затем уменьшается до нуля при стремлении u к фазовой скорости волны uф. На действии этой силы основано устройство асинхронных электродвигателей (ротором которых является сплошной металлический цилиндр, а обмотки статора создают "вращающееся" магнитное поле), движители поездов на "магнитной подушке", электромагнитные пушки.
В переменных неоднородных синфазных магнитных полях (например, в поле витка с переменным током) на токи Фуко также действуют усреднённые по периоду колебаний силы. На тела, размеры которых l меньше или порядка масштаба неоднородности магнитного поля ld, действует выталкивающая сила, что используется для электромагнитной подвески тел. Когда l >> ld, на токи Фуко действует сила в направлении сообщённой телу скорости u при условии u < ωl. На этом эффекте основано действие электродвигателей с однофазными силовыми обмотками статора (направление вращения задаётся специальнымипусковыми обмотками).
При движении проводящих тел в неоднородном постоянном магнитном поле на токи Фуко действует сила, аналогичная вязкому трению, т.е. направленная против скорости движения и пропорциональная ей по величине (для достаточно малых скоростей). Это свойство Фуко токов используют в бытовых счётчиках электроэнергии, в измерительных приборах для демпфирования стрелок.
Обычно термин токи Фуко относят только к твердотельным проводникам. Индукционные токи в проводящих жидкостях, газах и плазме имеют как общие с токами Фуко свойства, так и существенно отличающиеся (см., напр., Магнитная гидродинамика).
Г. В. Пермитин.
|
|
 |
