Токи Фуко, вихревые токи в веществе, индукционные токи. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Токи Фуко, вихревые токи в веществе, индукционные токи - электрические вихревые токи в сплошных проводящих телах, не связанные с потенциальным электрическим полем E [V/m], вызываемым покоящимися электрическими зарядами, но возникающие при изменении магнитного поля во времени или при движении тел в неоднородном магнитном поле. Названы по имени Жана-Батиста Л. Фуко (J. В. L. Foucault), который в 1855 обнаружил нагревание ферромагных сердечников и других металлических тел в переменном магнитном поле и объяснил этот эффект возбуждением индукционных токов. На основании законов магнитоэлектрической индукции он оценил приближённо структуру этих токов и предложил способ снижения потерь электромагнитной энергии в магнитопроводах, заключающийся в изготовлении их в виде пакетов тонких пластин или проволок, изолированных друг от друга.

Распределения токов Фуко обладают некоторыми универсальными свойствами, одним из них является "вытеснение" токов Фуко (и сопряжённых с ними полей) из толщи проводника и их локализация в приповерхностном слое (скин-слое), характерная толщина которого δ связана с угловой частотой гармонического процесса ω (для достаточно малых ω) соотношением

где μ - коэффициент магнитной проницаемости материала проводника,
σ - проводимость среды,
μ₀ - магнитная проницаемость эфира,
α - безразмерный коэффициент порядка единицы, зависящий от формы поверхности проводника (для плоской границы α = 1) (подробнее см. Скин-эффект ).

"Вытеснение" токов Фуко приводит к уменьшению эффективного сечения магнито- и электропроводов, особенно в диапазоне высоких частот. Так, для медных проводников и частоты 50 Гц толщина скин-слоя d = 1,4 мм, а в УКВ-диапазоне (30 МГц) d = 0,01 мм.

Примерами полезных приложений скин-эффекта и теплового воздействия токов Фуко являются поверхностная закалка стальных деталей токами высокой частоты, очистка полупроводниковых материалов методом зонной плавки, приготовление пищи в магнетронных СВЧ-печах и т. д.

Значительное число технических устройств, машин и приборов основано на действии сил Ампера (см. Ампера закон) на токи Фуко. Если вдоль поверхности металлического тела в скин-слое возбуждена бегущая волна Фуко токов, то на них действует сила, увлекающая тело в направлении распространения волны. Величина силы зависит от скорости тела u. Сначала сила нарастает с ростом u, достигает максимума, а затем уменьшается до нуля при стремлении u к фазовой скорости волны u_ф. На действии этой силы основано устройство асинхронных электродвигателей (ротором которых является сплошной металлический цилиндр, а обмотки статора создают "вращающееся" магнитное поле), движители поездов на "магнитной подушке", электромагнитные пушки.

В переменных неоднородных синфазных магнитных полях (например, в поле витка с переменным током) на токи Фуко также действуют усреднённые по периоду колебаний силы. На тела, размеры которых l меньше или порядка масштаба неоднородности магнитного поля l_d, действует выталкивающая сила, что используется для электромагнитной подвески тел. Когда l >> l_d, на токи Фуко действует сила в направлении сообщённой телу скорости u при условии u < ωl. На этом эффекте основано действие электродвигателей с однофазными силовыми обмотками статора (направление вращения задаётся специальнымипусковыми обмотками).

При движении проводящих тел в неоднородном постоянном магнитном поле на токи Фуко действует сила, аналогичная вязкому трению, т.е. направленная против скорости движения и пропорциональная ей по величине (для достаточно малых скоростей). Это свойство Фуко токов используют в бытовых счётчиках электроэнергии, в измерительных приборах для демпфирования стрелок.

Обычно термин токи Фуко относят только к твердотельным проводникам. Индукционные токи в проводящих жидкостях, газах и плазме имеют как общие с токами Фуко свойства, так и существенно отличающиеся (см., напр., Магнитная гидродинамика).

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.