Токи Фуко, вихревые токи в веществе, индукционные токи. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Токи Фуко, вихревые токи в веществе, индукционные токи - электрические вихревые токи в сплошных проводящих телах, не связанные с потенциальным электрическим полем E [V/m], вызываемым покоящимися электрическими зарядами, но возникающие при изменении магнитного поля во времени или при движении тел в неоднородном магнитном поле. Названы по имени Жана-Батиста Л. Фуко (J. В. L. Foucault), который в 1855 обнаружил нагревание ферромагных сердечников и других металлических тел в переменном магнитном поле и объяснил этот эффект возбуждением индукционных токов. На основании законов магнитоэлектрической индукции он оценил приближённо структуру этих токов и предложил способ снижения потерь электромагнитной энергии в магнитопроводах, заключающийся в изготовлении их в виде пакетов тонких пластин или проволок, изолированных друг от друга.

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 u_ф. 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 l_d, действует выталкивающая сила, что используется для электромагнитной подвески тел. Когда l >> l_d, 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).

Знаете ли Вы, в чем фокус эксперимента Майкельсона?

Эксперимент А. Майкельсона, Майкельсона - Морли - действительно является цирковым фокусом, загипнотизировавшим физиков на 120 лет.

Дело в том, что в его постановке и выводах произведена подмена, аналогичная подмене в школьной шуточной задачке на сообразительность, в которой спрашивается:
- Cколько яблок на березе, если на одной ветке их 5, на другой ветке - 10 и так далее
При этом внимание учеников намеренно отвлекается от того основополагающего факта, что на березе яблоки не растут, в принципе.

В эксперименте Майкельсона ставится вопрос о движении эфира относительно покоящегося в лабораторной системе интерферометра. Однако, если мы ищем эфир, как базовую материю, из которой состоит всё вещество интерферометра, лаборатории, да и Земли в целом, то, естественно, эфир тоже будет неподвижен, так как земное вещество есть всего навсего определенным образом структурированный эфир, и никак не может двигаться относительно самого себя.

Удивительно, что этот цирковой трюк овладел на 120 лет умами физиков на полном серьезе, хотя его прототипы есть в сказках-небылицах всех народов всех времен, включая барона Мюнхаузена, вытащившего себя за волосы из болота, и призванных показать детям возможные жульничества и тем защитить их во взрослой жизни. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.