Сегодня мы разберёмся с одним из самых главных и интересных законов электродинамики – законом Фарадея. Разберёмся как работает магнитная левитация и узнаем, как в Китае изобрели поезд, способный разгонятся до пятисот километров в час.
Магнитное поле можно описать как силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды. При протекании тока по проводу, создаётся магнитное поле, которое кольцами окружает проводник.
Теперь самое главное: в чем собственно суть закона Фарадея.
Что будет, если это колечко мы поместим в переменное магнитное поле. Может показаться странным, но по этому колечку начнёт течь ток. Без всяких источников тока, аккумуляторов и так далее.
На вопрос «почему?» можно ответить с помощью закона Фарадея.
Закон Фарадея утверждает, что напряжение, образующегося в колечке, пропорционально скорости изменения потока магнитного поля через это кольцо, взятое с обратным знаком.
Поток в физическом смысле очень схож с тем, что мы понимаем под потоком. Для того, чтобы было легче понять смысл этой величины, рассмотрим протекание воды в трубе.
Потоком мы называем объем воды, вытекающей в единицу времени. То есть чем больше объёма воды вытекает за одно и то же время, тем больше поток.
Поток магнитного поля очень похож на поток воды, только с той разницей, что у магнитного поля нет понятия скорости частиц.
В простейшем случае, магнитный поток – это величина магнитного поля, умноженная на площадь нашего контура. Но на самом деле контур может быть не совсем круглым, а поток можно считать по любой поверхности, краем которой является этот контур.
В уравнении Фарадея нас интересует не поток, а именно его изменение. Ведь было бы слишком просто создать постоянное магнитное поле (обычным магнитиком) и получить при этом бесплатный вечный ток в колечке.
Для получения тока мы должны менять поток со временем и чем быстрее мы будем это делать, тем больший будет образовываться ток.
С законом Фарадея связано очень много зрелищных и красивое явлений. Например, левитация сверхпроводника. Левитацию впервые наблюдали в 1933 году. Если сверхпроводник находится в магнитном поле, то его положение будет устойчивым. Левитацию можно устроить и без сверхпроводника. Закон Фарадея – очень мощный закон, позволяющий, играя с индуцирующимися полями, достичь очень неожиданных результатов.
Сверхбыстрые поезда, изобретённые в Китае, разгоняются до пятисот километров в час. Это стало возможно благодаря закону Фарадея. В таких поездах огромными токами индуцируются гигантские магнитные поля, на этих полях, как на подушке, движется целый поезд. Такая конструкция позволяет не терять много тепла на трение и эффективно разгонятся.
Однако и здесь есть свои нюансы. Например – токи Фуко, возникающие из-за индукции, сильно нагревают проводник и являются одним из основных источников потерь.
eco