Физика > Противо-ЭДС, вихревые токи и магнитное демпфирование
Узнайте, как закон индукции Фарадея определяет сопротивление электродвижущей силе: вихревые токи, магнитное демпфирование, токовая петля в проводнике.
Противо-ЭДС, вихревые токи и магнитное демпфирование обусловлены индуцированной ЭДС. Их можно объяснить через закон индукции Фарадея.
Задача обучения
- Найти связь между ЭДС, вихревым током и магнитным демпфированием.
Основные пункты
- Входная ЭДС, питающая двигатель, способна оказывать сопротивление самогенерирующей ЭДС – обратной ЭДС.
- Если движущая ЭДС может создать токовую петлю в проводнике, то именуется вихревым током.
- Вихревые токи способны привести к значительному сопротивлению – магнитное демпфирование.
Термины
- Закон индукции Фарадея – предсказывает принципы взаимодействия магнитного поля и электрической цепи для формирования ЭДС.
- Электродвижущая сила (ЭДС) – созданное батареей или магнитной силой напряжение в соответствии с законом Фарадея.
Сопротивление электродвижущей силе
Двигатели и генераторы сходятся во многих характеристиках. Первые трансформируют механическую энергию в электрическую, а вторые повторяют процесс в обратном направлении. Также они похожи по конструкции. При повороте катушки двигателя меняется магнитный поток и формируется ЭДС. Так что при вращении катушки двигатель функционирует как генератор. Согласно закону Ленца, индуцированная ЭДС сопротивляется всем изменениям, поэтому входящая ЭДС, питающая двигатель, вступит в противодействие с самогенерируемой ЭДС (противо-ЭДС).
Вихревой ток
Электродвижущая сила индуцируется при движении проводника по магнитному полю или, когда последнее перемещается по отношению к проводнику. Если движущей ЭДС удается создать токовую петлю, то мы именуем подобный ток вихревым. Они способны оказывать значительное сопротивление (магнитное демпфирование).
Давайте изучим прибор с качающимся маятником между полюсами мощного магнита. Если маятник сделан из металла, то при вхождении и выходе из поля, он будет сильно отклоняться. Но если это щелевая металлическая пластина, то эффект влияния намного меньше. В изоляторе заметного воздействия вообще нет.
Это общее физическое устройство для демонстрации изученных вихревых токов и магнитного демпфирования. (а) – Движение металлического маятника, раскачивающегося между полюсами магнита и стремительно затухающего из-за вихревых токов. (b) – Вихревые токи теряют эффективность при движении щелевого металлического маятника. (с) – Магнитное демпфирование на непроводящем маятнике также отсутствует, потому что вихревые токи крайне слабы
В обоих случаях возникает сила, вступающая в сопротивление перемещению маятника. По мере отклонения влево, поток возрастает и создается вихревой ток (закон Фарадея) против часовой стрелки (закон Ленца). Когда металлическая пластина полностью погружается в поле, то вихревый ток отсутствует. Но при отходе пластинки справа, поток сокращается, создавая вихревой ток по часовой стрелке, что еще сильнее замедляет движение.
Когда она входит и выходит из поля, то перемены в потоке вызывают вихревой ток. Магнитная сила на токовой петле сопротивляется движению. Ток и магнитное сопротивление отсутствуют, если пластина полностью погружена в однородное поле
При вхождении щелевой металлической пластины, индуцируется ЭДС из-за перемены потока. Смежные петли обладают токами в противоположных направлениях, а их эффекты отменяются. Если применяется изоляционный материал, то вихревой ток крайне незначителен, как и магнитное демпфирование. Если нет необходимости в вихревых токах, то их прорезают или производят из тонких слоев проводящего материала, разделенного изолирующими листами.
Вихревые токи, индуцированный в щелевой металлической пластине, входящей в магнитное поле. Они формируют небольшие петли, где силы стремятся к сокращению и приводят магнитное сопротивление к нулю