Материал: Фейнмановские лекции по физике. Вып. 6 Электродинамика

Если вместо кольца у края электромагнита поместить алю­ миниевый или медный диск, то и он отталкивается; индуциро­ ванные токи циркулируют в материале диска и снова вызы­ вают отталкивание.

Интересный эффект, в основе похожий на предыдущий, возникает с листом идеального проводника. В «идеальном проводнике» ток совсем не встречает сопротивления. Поэтому возникшие в нем токи могут течь не переставая. Фактически малейшая э.д. с. создала бы сколь угодно большой ток, а это на самом деле означает, что в нем вообще не может быть э.д.с. Любая попытка создать магнитный поток, проходящий сквозь такой лист, вызовет токи, образующие противоположно направленные поля В —все со сколь угодно малыми э.д.с., так что никакого потока не будет.

Если к листу идеального проводника мы поднесем элек­ тромагнит, то при включении тока в магните в листе возни­ кают токи (называемые вихревыми токами), и никакой маг­ нитный поток не пройдет. Линии поля будут иметь вид, по­ казанный на фиг. 16.8. То же самое произойдет, если к идеаль­ ному проводнику поднести постоянный магнит. Поскольку вихревые токи создают противоположные поля, магниты ог проводника отталкиваются. Поэтому оказывается возможным подвесить постоянный магнит в воздухе над листом идеаль­ ного проводника, изготовленного в форме тарелки (фиг. 16.9). Магнит будет поддерживаться в воздухе за счет отталкива­ ния индуцированных вихревых токов в идеальном проводнике.

41

Ф и г. !6.9. Магнитная палочка отталкивается вихревыми токами и повисает над чашей из сверх­ проводника.

При обычных температурах идеальных проводников не су­ ществует, но некоторые материалы при достаточно низких температурах становятся идеальными проводниками. Так, при температуре ниже 3,8 К олово становится идеальным провод­ ником; тогда оно называется сверхпроводником.

Если проводник, показанный на фиг. 16.8, не вполне иде­ альный, то возникнет некоторое сопротивление течению вих­ ревых токов. Токи будут постепенно замирать, и магнит мед­ ленно опустится. В неидеальном проводнике, чтобы течь дальше, вихревым токам необходима некоторая э.д. с., -а для возникновения э.д.с. поток должен непрерывно меняться. Поток магнитного поля постепенно проникает в проводник.

В обычном проводнике имеются не только силы отталки­ вания за счет вихревых токов, но могут быть и боковые силы. Например, если мы передвигаем магнит над проводящей поверхностью, вихревые токи создают тормозящую силу, по­ тому что индуцированные токи препятствуют изменению по­ тока. Такие силы пропорциональны скорости и похожи на силы вязкости.

Эти эффекты хорошо наблюдаются на приборе, изобра­ женном на фиг. 16.10. Квадратная медная пластинка укреп­ лена на конце стержня, образуя маятник. Пластинка качается взад и вперед между полюсами электромагнита. Когда магнит включается, движение маятника, неожиданно прекращается. Как только металлическая пластинка попадает в зазор маг­ нита, в ней индуцируется ток, который стремится помешать изменению потока через пластинку. Если бы пластинка была идеальным проводником, токи были бы столь велики, что они снова вытолкнули бы пластинку и она отскочила бы назад. В медной же пластинке имеется некоторое сопротивление, поэтому токи сначала заставляют пластинку почти намертво застыть, когда она начинает входить в поле. Затем, по мере того как токи замирают, пластинка продолжает медленно двигаться в магнитном поле и останавливается совсем.

Схема вихревых токов в медном маятнике поясняется фиг. 16.11. Сила и расположение токов весьма чувствительны к форме пластинки. Если, скажем, вместо медной пластинки взять другую, в которой имеется ряд узких щелей (фиг. 16.12), то эффекты вихревых токов сильно уменьшатся. Маятник про­

42

Ф и г . 16.12. Эффекты от вихревых токов сильно снижаются, если в пла­ стинке прорезать щели.

Поле, весьма похожее на поле вращающегося магнита, можно создать с помощью устройства из катушек (фиг. 16.13). Мы берем железный тор (т. е. железное кольцо в виде буб­ лика) и наматываем на него шесть катушек. Направив ток так, как показано на фиг. 16.13,а, через обмотки / и 4, мы по­ лучим магнитное поле в направлении, указанном.стрелками. Если мы теперь переключим ток на обмотки 2 и 5, то магнит­ ное поле будет направлено уже по-другому (фиг. 16.13,6). Продолжая так действовать, мы получаем последовательность полей, изображенных на остальных частях наш.его рисунка. Если процесс проводить плавно, то получится «вращающееся» магнитное поле. Подсоединив катушки к сети трехфазного тока (а она дает именно такую последовательность токов),мм легко получим требуемую последовательность токов. «Трех­ фазный ток» создается генератором, использующим принцип фиг. 16.1, за тем исключением, что на оси симметрично укреп­ ляются три рамки, т. е. каждая под углом 120° к соседней. Когда рамки вращаются как единое целое, э. д. с. максималь­ на в одной рамке, затем в другой и т. д. в правильной после­ довательности. Трехфазный ток имеет много практических преимуществ. Одно из них заключается в возможности по­ лучить вращающееся магнитное поле. Момент, действующий

44

Ф и г . 16.13. Создание вращ аю щ егося магнитного поля.

на проводник со стороны такого вращающегося поля, легко обнаруживается на металлическом кольце, поставленном на изолирующей подставке прямо над тором (фиг. 16.14). Вра­ щающееся поле вызывает вращение кольца вокруг вертикаль­ ной оси. Здесь видны те же основные элементы, которые имеются в больших промышленных трехфазных индукцион­ ных моторах.

Другой тип индукционного мотора показан на фиг. 16.15. Это устройство непригодно для практических высокоэффек­ тивных моторов, но иллюстрирует основной принцип. Элект­ ромагнит М, состоящий из пачки прокатанных железных листов, на которую навита спиральная обмотка, питается от

Ф и г . 16.14. С помощью вращаю­ щегося поля (фиг. 16.13) можно придать кольцу из проводника вращающий момент.

45