🧲 Магнит и медь. Закон Фарадея. Магнитное демпфирование

Многие видели опыт с постоянным магнитом, который как бы застревает внутри толстостенной медной трубки. Экспериментатор помещает постоянный магнит в виде небольшого шарика в медную трубу, которую он держит вертикально. Вопреки ожиданиям, шарик не падает сквозь трубу с ускорением свободного падения, а движется внутри трубы гораздо медленнее. Итак, в опыте мы наблюдаем, как постоянный магнит движется внутри полой медной трубы с постоянной скоростью. Зафиксируем произвольную точку в теле медной трубки и мысленно проведем поперечное сечение. Через данное сечение медной трубы проходит магнитный поток, создаваемый постоянным магнитом. Из-за того, что магнит движется вдоль трубы, в сечении проводника возникает переменный магнитный поток, то ли нарастающий, то ли убывающий в зависимости от того, приближается или отдаляется магнит от точки, где мы мысленно провели сечение. Переменный магнитный поток, согласно уравнениям Максвелла, порождает вихревое электрическое поле, вообще говоря, во всём пространстве. Однако, только там, где есть проводник, это электрическое поле приводит в движение свободные заряды, находящиеся в проводнике — возникает круговой электрический ток, который создает уже своё собственное магнитное поле и взаимодействует с магнитным полем движущегося постоянного магнита. Проще говоря, круговой электрический ток создает магнитное поле того же знака, что и постоянный магнит, и на магнит действует некая диссипативная сила, а если конкретно — сила трения. Читатель может справедливо задать вопрос: «Трение чего обо что?» Трение возникает между магнитным полем диполя и проводником. Да, это трение не механическое. Вернее сказать, тела не соприкасаются. [Подробные расчеты]

Быстрое изменение магнитного потока в катушках индуктивности или массивных деталях магнитопровода способствуют возникновению существенных по величине вихревых токов. Эти вихревые токи создают индуцированное магнитное поле, направленное так, чтобы поддержать прежнее состояние системы, то есть подавить внешнее воздействие, то есть уменьшить возрастающий поток.

В итоге в медном цилиндре создаются такие токи, которые порождают поле направленное против поля быстро приближающегося магнита. Это приводит к демпфированию магнита и выделению тепла внутри проводника (массивного куска меди). Количество энергии, переданной проводнику в виде тепла, равно изменению кинетической энергии, теряемой магнитом — чем больше потеря кинетической энергии магнита (произведение его массы и скорости), тем больше тепла накопление в проводнике и тем сильнее демпфирующий эффект. Вихревые токи, индуцированные в проводниках, намного сильнее, когда температура приближается к криогенным уровням. #gif #физика #physics #опыты #эксперименты

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib