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 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).
Знаете ли Вы, что такое "усталость света"? Усталость света, анг. tired light - это явление потери энергии квантом электромагнитного излучения при прохождении космических расстояний, то же самое, что эффект красного смещения спектра далеких галактик, обнаруженный Эдвином Хабблом в 1926 г. На самом деле кванты света, проходя миллиарды световых лет, отдают свою энергию эфиру, "пустому пространству", так как он является реальной физической средой - носителем электромагнитных колебаний с ненулевой вязкостью или трением, и, следовательно, колебания в этой среде должны затухать с расходом энергии на трение. Трение это чрезвычайно мало, а потому эффект "старения света" или "красное смещение Хаббла" обнаруживается лишь на межгалактических расстояниях. Таким образом, свет далеких звезд не суммируется со светом ближних. Далекие звезды становятся красными, а совсем далекие уходят в радиодиапазон и перестают быть видимыми вообще. Это реально наблюдаемое явление астрономии глубокого космоса. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
