Решение: Индукционный нагрев металла
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 общий текст «Токи Фуко» и рисунок, определите, какие утверждения о направлениях токов, электрического и магнитного полей в индукционной плавильной печи являются верными. Ток в спирали электромагнита, обозначенный стрелкой 1, возрастает.
Решение по шагам
4 шагаИзменяющийся ток в катушке создаёт изменяющееся магнитное поле. Это поле индуцирует в металлической детали вихревые токи, или токи Фуко.
Стрелка 2 расположена внутри металлической детали и показывает круговое направление индуцированного вихревого электрического тока. Поэтому утверждение 1 верно.
Магнитное поле, создаваемое током катушки, направлено вдоль оси электромагнита. Это направление показано стрелкой 3, поэтому утверждение 4 верно.
Стрелка 3 не показывает направление вихревого электрического поля или магнитного поля вихревых токов в образце. Поэтому утверждения 2, 3 и 5 неверны.
Где здесь ошибаются
Путают направление индуцированного тока в детали с направлением магнитного поля.
Считают, что стрелка 3 показывает поле вихревых токов, хотя она показывает поле тока катушки.
Выбирают только одно верное утверждение вместо двух.