Решение: Частота и индукционный нагрев
Статья к заданиюТоки Фуко
Прочитайте текст и выполните задания.
Токи Фуко
Изменение магнитного потока производит индуцированное вихревое электрическое поле даже в пустом пространстве. Если металлическая пластина вставляется в это пространство, индуцированное электрическое поле приводит к появлению электрического тока в металле. Причём чем быстрее меняется магнитный поток, тем больше индуцированный ток.
Эти индуцированные токи называются вихревые токи или токи Фуко – в честь ученого Ж.Б.Л. Фуко, изучавшего эти токи. Первым же магнитное действие этих токов обнаружил французский ученый Д.Ф. Араго, проводивший в 1824 г. опыт с медным диском, расположенном на оси под вращающейся магнитной стрелкой. В результате диск тоже начинал вращаться. Этот эффект стали называть в физике «явлением Араго».
Вредное действие вихревых токов связано с потерями энергии в сердечниках трансформаторов и генераторов из-за выделения большого количества тепла. Направление и сила вихревого тока зависят от формы образца, от направления и скорости изменения магнитного поля, от свойств материала, из которого сделан образец. В массивных проводниках вследствие малости электрического сопротивления токи Фуко могут быть очень большими и вызывать значительное нагревание.
С другой стороны, вихревые токи нашли применение для нагрева и плавки металлов в вакууме, для гашения (демпфирования) или предотвращения колебаний, возникающих в электроизмерительных приборах и других устройствах. Если под качающейся в горизонтальной плоскости магнитной стрелкой расположить массивную медную пластину, то возбуждаемые в медной пластине токи Фуко будут тормозить колебания стрелки.
Используя приведённый материал о токах Фуко, объясните, изменится ли время нагревания кастрюли на индукционной плите при увеличении частоты переменного электрического тока в катушке индуктивности под стеклокерамической поверхностью плиты. Если время изменится, укажите направление изменения.
Решение по шагам
4 шагаПри увеличении частоты переменного тока магнитное поле катушки изменяется быстрее, поэтому магнитный поток через металлическое дно кастрюли изменяется быстрее.
Более быстрое изменение магнитного потока вызывает увеличение индуцированных токов, или токов Фуко, в дне кастрюли.
При прохождении токов Фуко по сопротивлению металла выделяется больше теплоты за единицу времени, то есть мощность нагрева увеличивается.
Следовательно, при прочих равных условиях кастрюля нагреется до той же температуры быстрее, а время нагревания уменьшится.
Время нагревания уменьшится: при увеличении частоты магнитный поток изменяется быстрее, токи Фуко в дне кастрюли усиливаются, поэтому за единицу времени выделяется больше теплоты.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Утверждать, что увеличение частоты само по себе увеличивает время нагревания.
Не объяснять связь между изменением магнитного потока и токами Фуко.
Путать частоту переменного тока с напряжением.