Учебный центр «Крисмас+»

Исследование токов Фуко (Автор: Сорокин Антон, МОУ СОШ № 11 г. Ейска, Краснодарский край. Руководитель: Семке А.И.)

Вихревые токи, токи Фуко (в честь Фуко, Жан Бернар Леон) – вихревые индукционные токи, возникающие в массивных проводниках при изменении пронизывающего их магнитного потока.

Впервые вихревые токи были обнаружены французским учёным Д.Ф Араго (1786 - 1853) в 1824 г. в медном диске, расположенном на оси под вращающейся магнитной стрелкой. За счёт вихревых токов диск приходил во вращение. Это явление, названное явлением Араго, было объяснено несколько лет спустя M. Фарадеем с позиций открытого им закона электромагнитной индукции: вращаемое магнитное поле наводит в медном диске токи (вихревые), которые взаимодействуют с магнитной стрелкой. Вихревые токи были подробно исследованы французским физиком Фуко (1819—1868) и названы его именем. Он открыл явление нагревания металлических тел, вращаемых в магнитном поле, вихревыми токами.

Токи Фуко возникают под воздействием переменного электромагнитного поля и по физической природе ничем не отличаются от индукционных токов, возникающих в линейных проводах. Они вихревые, то есть, замкнуты в кольца. Электрическое сопротивление массивного проводника мало, поэтому токи Фуко достигают очень большой силы. В соответствии с правилом Ленца они выбирают внутри проводника такое направление и путь, чтобы противиться причине, вызывающей их. Поэтому движущиеся в сильном магнитном поле хорошие проводники испытывают сильное торможение, обусловленное взаимодействием токов Фуко с магнитным полем. Это свойство используется для демпфирования подвижных частей гальванометров, сейсмографов и др.

Под действием этих ЭДС в массе металлической детали протекают вихревые токи (токи Фуко), которые замыкаются в массе, образуя вихревые контуры токов. Вихревые токи порождают свои собственные магнитные потоки, которые, по правилу Ленца, противодействуют магнитному потоку катушки и ослабляют его. Кроме того, они вызывают нагрев сердечника, что является бесполезной тратой энергии.

Объект исследования: электрические токи в сплошных средах

Предмет исследования: эффекты, возникающие при порождении токов Фуко

Цель работы: Исследовать эффекты, возникающие при порождении токов Фуко в сплошных средах

Задачи исследования:

1. Изучить имеющиеся информационные, научные и электронные источники информации по данной теме исследования.

2. Изготовить физический маятник.

3. Провести измерения силы сопротивления при колебаниях физического маятника в обычных условиях и при возникновении токов Фуко.

Гипотеза исследования: энергия магнитного поля, порождаемого токами Фуко, зависит от толщины медных пластин

Результаты исследования. В ходе проведенного исследования мы обнаружили, что число затухающих колебаний зависит от значения тока Фуко и магнитного поля, его порождающего. При увеличении толщины медных пластин число колебаний уменьшается. При толщине медных пластин равной 6 мм число колебаний стало равным 1. Результаты данного исследования, возможно, использовать для проектирования тормозных устройств подъемных кранов, эскалаторов, вагонеток в промышленности и транспорте.

Энергия магнитного поля, порождаемого токами Фуко, зависит от толщины медных пластин. С увеличением числа медных пластин, а, следовательно, толщины меди, энергия магнитного поля, порождаемого токами Фуко, увеличилась.

Cиловое действие токов Фуко можно использовать в успокоителях колебаний подвижных частей приборов и аппаратов, в индукционных тормозах (в которых массивный металлический диск вращается в поле электромагнитов).

См. также

Учебное оборудование, производимое и поставляемое ЗАО «Крисмас+» для исследования физических и физико-химических параметров состояния окружающей среды

Путеводитель по выбору оборудования для учебно-исследовательских работ

Этот материал опубликован в Сборнике тезисов участников VI Всероссийского конкурса «Инструментальные исследования окружающей среды»