Магніт, мідна труба та струми Фуко
Каталог магнітів
Магніт, мідна труба та струми Фуко
Продовжуємо вивчати фізичні явища та незвичайні ефекти з магнітами.
Багато хто навіть цілком дорослі люди не розуміють зв'язок між магнетизмом і електрикою. Тим часом цей зв'язок лежить в основі практично всієї сучасної електротехніки - від генераторів до електродвигунів. А показати її найпростіше за допомогою звичайного магніту та мідної труби.
Для експерименту знадобиться лише дві речі - це неодимовий магніт і звичайна металева труба з немагнітного матеріалу, наприклад, з міді. Внутрішній діаметр труби має бути трохи більше, ніж сам магніт. Ну а тепер спробуйте просто впустити магніт на підлогу - вперше поза трубою. І вдруге, у трубу.
У першому випадку, магніт просто впаде на підлогу приблизно через секунду. А тепер підніміть магніт із підлоги та киньте його всередину труби. При цьому трубу тримайте вертикально. І поки ви чекаєте на появу магніту з нижнього зрізу абсолютно немагнітної (але обов'язково проводить!) труби, спробуємо пояснити, чому для цього потрібно стільки часу. Якщо заглянути всередину труби, то ми побачимо, що магніт повільно, ніби ширяє, опускається вниз.
Причиною цього є нерозривний зв'язок магнетизму та електрики. Рух магніту породжує зміну магнітного поля, яке, своєю чергою, наводить у трубі циркулюючі кругові (вихрові) струми.
А ці струми породжують магнітні поля, які взаємодіють із полем магніту, уповільнюючи його падіння. Ну от тепер ви знаєте причину, і можете продемонструвати своїм друзям ефектний фокус. Точніше, можете це зробити, коли магніт пролетить трубу до кінця.
Що це за струми?
Вихрові струми, абоструми Фуко(на честь Ж. Б. Л. Фуко) - вихрові індукційніструми, що виникають у провідниках при зміні магнітного поля, що пронизує їх.
Струми Фуко виникають під впливом змінного електромагнітного поля і за фізичною природою нічим не відрізняються від індукційних струмів, що виникають у лінійних дротах. Вони вихрові, тобто замкнуті у кільці. Електричний опір потужного провідника мало, тому струми Фуко досягають дуже великої сили.
Вперше вихрові струми були виявлені французьким вченим Д. Ф. Араго (1786-1853) в 1824 р. в мідному диску, розташованому на осі під магнітною стрілкою, що обертається. За рахунок вихрових струмів диск приходив у обертання. Це явище, назване явищем Араго, було пояснено через кілька років M. Фарадеєм з позицій відкритого ним закону електромагнітної індукції: магнітне поле, що обертається, наводить в мідному диску вихрові струми, які взаємодіють з магнітною стрілкою. Вихрові струми були детально досліджені французьким фізиком Фуко (1819-1868) та названі його ім'ям. Він відкрив явище нагрівання металевих тіл, що обертаються в магнітному полі, вихровими струмами.
Тому хороші провідники, що рухаються в сильному магнітному полі, відчувають сильне гальмування, обумовлене взаємодією струмів Фуко з магнітним полем.
Так і сталося з нашим магнітом, коли ми опустили його у мідну трубу.
1)У міру падіння магніту магнітний потік у трубі змінюється таким чином, що індукує (наводить) електричний струм, напрямок якого визначається за правилом Ленца. Цей струм, у свою чергу, породжує магнітне поле.
2)Найпростіше пояснення явища, що спостерігається, засноване на двох базових принципах електромагнетизму:
1. Зміна магнітного поля наводить в навколишніх провідниках електричний струм.
2.Електричний струм породжує пов'язане з ним магнітне поле.
Падіння гальмуватиметься незалежно від орієнтації магніту (і навіть при перевороті під час падіння).
3)Над падаючим магнітом магнітний потік зменшується. Напрямок струму при цьому такий, що магнітне поле цього струму притягує магніт зверху, загальмовуючи падіння.
4)Під падаючим магнітом магнітний потік наростає. Напрямок струму при цьому такий, що магнітне поле цього струму відштовхує магніт знизу, теж загальмовуючи падіння.
У нас ви можете придбати готове рішення для проведення експериментів та фокусів: